CN110292206A - 一种mems超微液体喷射芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种MEMS超微液体喷射芯片，包括：液体通路，具有固定的液体流向；微孔雾化组件，包括沿着液体流向依次设置在所述液体通路上的第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板，所述第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板上均具有微孔阵列，其孔径依次递减，在微孔阵列上还设置微孔开关；所述第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板之间分别形成第一液体腔和第二液体腔；电路控制模块，通过控制微孔雾化组件的形变实现液体的吸入和喷出。利用MEMS工艺制作的微喷孔板能够实现微米级甚至纳米级的超微孔径，逐级设置在液体通路中可实现液体的层层雾化，实现超微雾化颗粒和超大雾化流量，并且具有结构简单、体积小、功耗低的显著优势，尤其适用于要求严苛的工作场景。
Description
技术领域
本发明涉及雾化技术领域，特别涉及一种MEMS超微液体喷射芯片。
背景技术
随着空气污染的日趋严重，哮喘、支气管炎、鼻炎等呼吸道疾病的发生率也逐年升高。相对于传统给药方式，吸入治疗的给药方法在减轻呼吸道疾病等方面独具优势：1、吸入的药物可直达呼吸道和肺部，经肺部毛细血管直接进入血液，因此起效快，更有效；2、由于药物直接吸入呼吸道，避免肝脏的首过效应，用量少，减少药物的毒副作用；3、湿化气道、稀释痰液，可以普遍应用于各种呼吸道疾病，尤其适用于儿童和老人。
在临床医疗领域中，雾化器是实现吸入治疗的主要方式，目前应用较为广泛的雾化器主要有超声波雾化器和网式雾化器，无论是超声波雾化器还是网式雾化器，其能够实现的最小药物颗粒约为5μm，喷雾速度约为0.25 ml/min，例如欧姆龙NE-U22网式雾化器。雾化颗粒大小和雾化速度是雾化器最重要的两个参数，上述颗粒尺寸和雾化速度虽然是行业领先的数值，但仍然不能满足市场的应用需求，这是因为，对于健康医疗级应用来说，雾化颗粒达到0.5um以下，才能够完全实现肺部精准给药，不对人体产生副作用；而在健康生活领域，例如电子烟领域的应用，只有在单位时间内产生足量的雾化气体，才能够满足用户的体验需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种MEMS超微液体喷射芯片，通过结构设计和制造工艺的改进来实现超微雾化颗粒和超大雾化流量。
本发明采用的技术方案为：一种MEMS超微液体喷射芯片，包括：液体通路，具有固定的液体流向；微孔雾化组件，包括沿着液体流向依次设置在所述液体通路上的第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板，所述第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板上均具有微孔阵列，在微孔阵列上设置微孔开关；所述第一微喷孔板和第二微喷孔板之间形成第一液体腔，所述第二微喷孔板和第三微喷孔板之间形成第二液体腔，第一微喷孔板的孔径、第二微喷孔板的孔径和第三微喷孔板的孔径依次递减；电路控制模块，通过控制微孔雾化组件的形变实现液体的吸入和喷出；所述微孔雾化组件和电路控制模块采用MEMS工艺一体化制作而成。
优选地，所述第二微喷孔板采用压电材料制作而成，电路控制模块通过施加电压控制第二微喷孔板的形变来实现液体的吸入和喷出。
优选地，所述第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板均采用压电材料制作而成，电路控制模块通过施加电压控制第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板的形变来实现液体的吸入和喷出。
优选地，所述第一微喷孔板的微孔孔径为8μm ~12μm，第二微喷孔板的微孔孔径为3μm ~7μm，第三微喷孔板的微孔孔径为0.1μm~0.5μm。
优选地，所述第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板的微孔阵列孔径分别为10μm、5μm和0.3μm。
优选地，所述液体是指药液或烟油。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1）利用MEMS工艺制作的微喷孔板克服了传统制造工艺的技术瓶颈，能够实现微米级甚至纳米级的超微孔径，逐级设置在液体通路中可实现液体的层层雾化，最终获得低于0.5微米的雾化颗粒；同时，通过控制微喷孔板的形变振动频率可以精确控制雾化流量，实现超1ml /min的超大流量，完全能够满足医疗级雾化、靶向治疗以及电子烟等生活应用需求，如果将芯片多组串联和并联，还可进一步提升雾化颗粒直径和雾化流量等重要参数，用以满足更为严苛的应用场景；
2）利用MEMS工艺一体化制作的超微液体喷射芯片结构简单、体积小巧，无需进行加热和超声等措施，运行功耗也显著降低，可无障碍地应用于各种工作场景，有利于雾化装置体积的进一步缩小，最终实现真正的便携式设计。
附图说明
图1是本发明MEMS超微液体喷射芯片结构示意图；
图2是本发明第二微喷孔板的俯视结构示意图；
图3是实施例1中微喷雾化组件形变实现液体吸入示意图；
图4是实施例1中微喷雾化组件形变实现液体喷出示意图；
图5是实施例2中微喷雾化组件形变实现液体吸入示意图；
图6是实施例2中微喷雾化组件形变实现液体喷出示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1：参见图1和图2，一种MEMS超微液体喷射芯片，包括：液体通路，具有固定的液体流向,在本实施例中，该液体通路自进水口70开始至出水口80结束，形成自下而上的液体流向。这里，所述液体可以是药液、烟油或其他功能性液体。
微孔雾化组件，包括沿着液体流向依次设置在所述液体通路上的第一微喷孔板10、第二微喷孔板20和第三微喷孔板30，所述第一微喷孔板10、第二微喷孔板20和第三微喷孔板30上均具有微孔阵列11、21、31，在微孔阵列上设置微孔开关12、22、32，通过微孔开关实现液体的流通；所述第一微喷孔板10和第二微喷孔板20之间形成第一液体腔40，所述第二微喷孔板20和第三微喷孔板30之间形成第二液体腔50，所述第一微喷孔板10的孔径、第二微喷孔板20的孔径和第三微喷孔板30的孔径依次递减。这里，第一微喷孔板的微孔孔径优选为8μm ~12μm，第二微喷孔板的微孔孔径优选为3μm ~7μm，第三微喷孔板的微孔孔径优选为0.1μm~0.5μm，更优选地，所述第一微喷孔板的孔径为10μm、第二微喷孔板的孔径为5μm，第三微喷孔板的微孔阵列孔径分别为0.3μm。
还包括电路控制模块60，所述电路控制模块通过控制微孔雾化组件的形变来实现液体的吸入和喷出。在本实施例中，所述微孔雾化组件特指第二微喷孔板20，所述第二微喷孔板20采用压电材料制作而成，电路控制模块60通过施加电压控制第二微喷孔板20的形变来实现液体的吸入和喷出。
具体工作流程是：a.在未工作状态下，所述第一微喷孔板10、第二微喷孔板20和第三微喷孔板30均保持水平状态，各微孔开关闭合；b.向液体通道内通入液体，第一微喷孔板的微孔开关受力打开，液体进入第一液体腔40；c.电路控制模块对第二微喷孔板20施加电压控制其向下形变，第二微喷孔板20的微孔开关22受力打开，将液体吸入第二液体腔50，此时第三微喷孔板30的微孔开关32保持闭合状态；d. 电路控制模块对第二微喷孔板20施加电压控制其向上形变，第二液体腔50的体积压缩，压力增大，第二微喷孔板20的微孔开关22受力闭合，同时第三微喷孔板30的微孔开关32受力打开，将液体通过孔径最小的微孔阵列31射出，实现超微液体的喷射。
这里，利用MEMS工艺制作的微喷孔板克服了传统制造工艺的技术瓶颈，能够实现微米级甚至纳米级的超微孔径，逐级设置在液体通路中可实现液体的层层雾化，最终获得低于0.5微米的雾化颗粒；同时，通过控制微喷孔板的形变振动频率可以精确控制雾化流量，实现超1ml /min的超大流量，完全能够满足医疗级雾化、靶向治疗以及电子烟等生活应用需求，如果将芯片多组串联和并联，还可进一步提升雾化颗粒直径和雾化流量等重要参数，用以满足更为严苛的应用场景。
此外，利用MEMS工艺一体化制作的超微液体喷射芯片结构简单、体积小巧，无需进行加热和超声等措施，运行功耗也显著降低，可无障碍地应用于各种工作场景，有利于雾化装置体积的进一步缩小，最终实现真正的便携式设计。
实施例2：参见图5和图6，本实施例其他部分与实施例1相同，区别在于：所述第一微喷孔板10、第二微喷孔板20和第三微喷孔板30均采用压电材料制作而成，此时，电路控制模块60可通过施加电压同时控制第一微喷孔板10、第二微喷孔板20和第三微喷孔板30的形变来实现液体的吸入和喷出。
具体工作流程是：a.在未工作状态下，所述第一微喷孔板10、第二微喷孔板20和第三微喷孔板30均保持水平状态，各微孔开关闭合；b.向液体通道内通入液体，第一微喷孔板10的微孔开关12受力打开，液体进入第一液体腔40；c.电路控制模块对第二微喷孔板20施加电压控制其向下形变，同时对第一微喷孔板和第三微喷孔板施加电压控制其向上形变，第二微喷孔板20的微孔开关22受力打开，将液体吸入第二液体腔50，此时第三微喷孔板30的微孔开关32保持闭合状态；d. 电路控制模块对第二微喷孔板20施加电压控制其向上形变，同时对第一微喷孔板10和第三微喷孔板30施加电压控制其向下形变，第二液体腔50的体积急剧压缩，压力显著增大，第二微喷孔板20的微孔开关22受力闭合，同时第三微喷孔板30的微孔开关32受力打开，将液体通过孔径最小的微孔阵列31射出，实现超微液体的喷射。
可以看出，相对于实施例1中的仅控制第二微喷孔板形变的方案来说，本实施例中的控制方案能够更快速有力的实现液体的吸入和喷出，进一步提高雾化效率。
需要注意的是，本发明优选采用压电驱动方式，但电路控制模块对于微喷孔板的驱动还可改采其他方式，只要能够实现对微喷孔板的电力控制即可。
总之，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在本发明的精神范围之内，对本发明所做的等同变换或修改均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种MEMS超微液体喷射芯片，其特征在于，包括：
液体通路，具有固定的液体流向；
微孔雾化组件，包括沿着液体流向依次设置在所述液体通路上的第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板，所述第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板上均具有微孔阵列，在微孔阵列上设置微孔开关；所述第一微喷孔板和第二微喷孔板之间形成第一液体腔，所述第二微喷孔板和第三微喷孔板之间形成第二液体腔，第一微喷孔板的孔径、第二微喷孔板的孔径和第三微喷孔板的孔径依次递减；
电路控制模块，通过控制微孔雾化组件的形变实现液体的吸入和喷出；
所述微孔雾化组件和电路控制模块采用MEMS工艺一体化制作而成。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS超微液体喷射芯片，其特征在于：所述第二微喷孔板采用压电材料制作而成，电路控制模块通过施加电压控制第二微喷孔板的形变来实现液体的吸入和喷出。
3.根据权利要求1所述的一种MEMS超微液体喷射芯片，其特征在于：所述第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板均采用压电材料制作而成，电路控制模块通过施加电压控制第一微喷孔板、第二微喷孔板和第三微喷孔板的形变实现液体的吸入和喷出。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种MEMS超微液体喷射芯片，其特征在于：所述第一微喷孔板的微孔孔径为8μm ~12μm，第二微喷孔板的微孔孔径为3μm ~7μm，第三微喷孔板的微孔孔径为0.1μm~0.5μm。
5.根据权利要求4所述的一种MEMS超微液体喷射芯片，其特征在于：所述第一微喷孔板的微孔孔径为10μm，第二微喷孔板的微孔孔径为5μm，第三微喷孔板的微孔孔径为0.3μm。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种MEMS超微液体喷射芯片，其特征在于：所述液体是指药液或烟油。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110812628A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-21 | 江苏大学 | 一种基于多微米孔阵列静电雾化的医用雾化装置 |
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2018
- 2018-09-18 CN CN201811086612.1A patent/CN110292206A/zh active Pending
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| CN110812628A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-21 | 江苏大学 | 一种基于多微米孔阵列静电雾化的医用雾化装置 |
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