CN111437898A - 一种具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头及移液枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，枪头的制作方法包括如下步骤：将移液枪枪头置于雾化后的硅烷溶液的燃烧火焰上燃烧形成二氧化硅层；再浸泡于含氟硅烷偶联剂溶液中形成含氟硅烷层；在枪口平台位置涂覆含有黏土、纳米二氧化硅的乙醇溶液，形成具有亲油性的纳米二氧化硅涂层；本发明还公开了包括上述枪头的移液枪，枪头一端连接有枪管，枪管内腔包括细腔以及粗腔；粗腔内设置有弹性件，弹性件一端设置有按压件，按压件靠近枪头的一端连接有注塞件，枪管上设置有用于将按压件限定在不同位置的限位调节器。本发明制备得到的移液枪能够实现液体的快速量取，不会造成液体残留。

Description

一种具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头及移液枪

技术领域

本发明涉及移液枪技术领域，具体涉及一种具超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头及移液枪。

背景技术

通过移液枪向超疏液表面上的液滴或容器中的液体中添加微量化学试剂能够实现试剂稀释、分离、混合、反应等，进而完成物质分析、成分检测、配方还原、理化性能测试等。移液枪具有操作简单、结构紧凑、性能优越等优点，是生物医学、精细化工、材料科学等领域广泛使用的微量试剂移取工具。移液枪由移液器和移液枪头组成，其利用空气排放原理使试剂被吸取和排出，其内部活塞的移动距离决定了试剂取样体积。在实际应用中，移液枪取样体积的精确度对于化学合成结果或化学检测及分析结果等具有重要影响。

利用移液枪对试剂进行取样的操作流程如下：安装移液枪头，按压移液枪按钮至设定位置；随后，将枪头尖端垂直浸入待取样试剂中并缓慢松开移液枪按钮使其返回初始位置，此时预定取样体积的试剂被吸取至枪头之中；最后，在试剂释放位置将移液枪按钮缓慢按压至最底端位置，此时枪头中的试剂被排出并与固体表面上的液滴或容器里的液体混合，完成待取样试剂的定量移取。

针对表面张力系数较大的水或部分水溶液等，移液枪易于实现试剂的精确取样。然而，当利用移液枪对表面张力系数较低的有机试剂进行取样时，有机试剂极易润湿并牢固粘附于移液枪头的内壁或外壁，导致移液枪实际取样体积与预定取样体积相差较大，进而影响化学合成结果或化学检测及分析结果，如20℃时正十六烷、乙醇、水的表面张力系数分别为：27.5mN/m、22.8mN/m、72.8mN/m，正十六烷、乙醇极易润湿传统移液枪头，导致较大取样误差。在实际工业工程中，表面张力系数较低的有机试剂的使用较为普遍，如烷类或醇类等有机试剂广泛应用于催化剂合成、光子晶体制备等领域；利用传统移液枪头对这些有机试剂进行精确取样十分困难。

此外，随着芯片实验室技术的发展，在超疏液表面对试剂液滴进行多样化操控如移动、取放、时序化聚合等可以实现复杂的试剂处理功能，进而完成材料合成或试剂检测及分析等，这一试剂处理方式具有系统简单、操作便捷、功能多样、精度高、易于兼容等优点；然而，传统移液枪头局限于试剂移取这一单一功能，无法实现超疏液表面上试剂液滴的灵活操控，这一问题制约了移液枪在微量有机试剂处理领域的进一步应用与发展。

综上所述，为解决传统移液枪头移取有机试剂时取样误差较大、有机试剂操控功能单一这两个问题，基于表面润湿性设计了一种结合超疏油性和亲油性的移液枪头：这种具有超疏油内壁、外壁和亲油针口的移液枪头可以避免传统移液枪头吸取有机试剂时枪头表面残留部分试剂的现象，进而解决传统移液枪头实际取样体积小于预定取样体积的仪器缺陷问题；此外，这种移液枪头的亲油针口可以粘附有机试剂油滴，不仅避免了试剂移取过程中试剂的泄漏，同时实现了超疏油表面上有机试剂液滴的多次、精确、快速的取放操控，实现了复杂的化学试剂处理功能。这种超疏油内壁-亲油针口-超疏油外壁的结构设计可以实现有机试剂的精确、快速、方便、省力、省时的移取及取放操控，并且能够兼容水溶液等其他试剂，具有极高的精度和极广的适用范围。

例如公开号为CN108722511A的专利说明书公开了一种吸取粘稠液体的移液枪枪头及其制备方法，该制备方法包括：(1)在室温下，将氨基丙烯酸树脂与无机纳米颗粒和有机溶剂混合，搅拌，得到含有氨基丙烯酸树脂与无机纳米颗粒的涂料溶液；(2)用喷涂机将步骤一得到的涂料溶液均匀的喷涂到移液枪枪头内外表面，将喷涂后的移液枪枪头放入干燥箱中自然干燥，从而使移液枪枪头内外表面具有氨基丙烯酸树脂与无机纳米颗粒复合形成的纳米尺寸的突起结构；(3)再用喷涂机将步骤二干燥后的移液枪枪头的内外表面喷上一层氟硅烷溶液，静置后放入烘箱，固化后在移液枪枪头内外表面形成透明性好的超疏水疏油涂层，得到可用于准确吸取粘稠液体的移液枪枪头，该方案未对移液枪枪头进行预处理，易导致后期制作的附着层脱落，同时枪口平台未做保护，同样也具有疏油性，无法实现微量液体的快速量取。

又例如公开号为CN107243367A的专利说明书公开了一种带有刻度的移液枪枪头，包括按压头，所述按压头的底端固定连接有按压管，所述按压管的顶部卡接有防腐垫层，且按压管的底端栓接有弹簧，所述按压管的下表面固定连接有容量管，所述容量管远离轴心的一侧卡接有把手，所述容量管靠近轴心的一侧卡接有支撑脚，所述弹簧的底部卡接有传力活塞所述传力活塞的下表面套接有密封活塞，所述密封活塞的底端栓接有防腐桩，所述防腐桩的底端卡接有垫片，所述垫片的底端固定有传力垫片，还公开了吸纳管的底端套接有大中小计量管，计量管表面有刻度，本移液枪在使用时，使用人员需用观察的方式确定液体量取的体积，效率极低，同时枪头内会有液体残留，量取精度不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，通过枪头的制作方法制得的枪头能够有效解决枪头内壁有残留液体而导致量取的液体体积小于实际液体体积的误差缺陷问题，以及在超疏液表面对试剂液滴进行多样化操控如移动、取放、时序化聚合等可以实现复杂的试剂处理功能。

一种具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，枪头的制作方法包括如下步骤：

(1)将硅烷溶液雾化后在燃烧器中燃烧，预处理后的移液枪枪头用夹具固定于燃烧器火焰上方10～25cm处，15～120秒后移液枪枪头表面形成二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度为0.5～7μm；

(2)将步骤(1)得到的具有二氧化硅层表面的移液枪枪头浸泡于含氟硅烷偶联剂溶液中，1～2小时后取出，在80℃、空气环境下干燥后，在二氧化硅层上形成含氟硅烷层；

(3)将步骤(2)得到的具有含氟硅烷层的移液枪枪头，除枪口平台外的所有内外壁表面用蒙版遮盖，枪口平台位置涂覆含有黏土、纳米二氧化硅的乙醇溶液，形成具有亲油性的纳米二氧化硅涂层；

(4)除去蒙版，得到具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的移液枪头。

本方案通过在移液枪枪头内外壁制作疏水底层及疏油层，使得枪头具有良好的疏水疏油特性，可以避免传统移液枪头吸取有机试剂时枪头表面残留部分试剂的现象，进而解决传统移液枪头实际取样体积小于预定取样体积的问题，有利于提高移液枪的精度取样；此外，这种移液枪头的亲油枪口平台可以粘附有机试剂油滴，进而实现超疏油表面上有机试剂液滴的多次、精确、快速的取放操控，实现复杂的化学试剂处理功能。

优选的，所述的步骤(1)的硅烷溶液为分子中含有1～6个硅的硅烷、硅氧烷、硅氮烷中的至少一种，溶于易燃的有机溶剂中，浓度为10～100g/L；

进一步优选的所述的含有1～6个硅的硅烷、硅氧烷、硅氮烷，包括四甲基硅烷、六甲基二硅烷、四甲基二硅氧烷、二乙烯基四甲基二硅氧烷、二乙烯基四甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷、七甲基三硅氧烷、八甲基三硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷中的至少一种；

小分子的硅烷、硅氧烷、硅氮烷，粘度低、容易雾化、容易彻底燃烧成二氧化硅。

优选的，所述的易燃的有机溶剂为乙醇、丙醇、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮中的至少一种。对硅烷溶液有很好的助燃作用。

优选的，所述的步骤(1)的硅烷溶液雾化，以空气或氧气为雾化载气；所述的燃烧器为甲烷燃烧器、天然气燃烧器中的一种；

进一步优选的，硅烷溶液以1mL/min～5mL/min的流速通入雾化器中，载气为氧气，载气流速为1L/min～5L/min，雾化器压降为0.1～0.3MPa。

优选的，所述的步骤(1)的移液枪枪头，以聚丙烯材料制成，预处理方法为：将移液枪枪头浸入乙醇或丙酮中超声波清洗，然后用纯水洗涤、干燥。

优选的，所述的步骤(2)中的含氟硅烷偶联剂为全氟C4～C12烷基乙基硅烷偶联剂；

进一步优选，所述的全氟C4～C12烷基乙基硅烷偶联剂为全氟己基乙基三甲氧基硅烷、全氟己基乙基三乙氧基硅烷、全氟辛基乙基三甲氧基硅烷、全氟辛基乙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

全氟C4～C12烷基乙基硅烷偶联剂水解偶联，形成超疏油薄膜；如果全氟碳链过短疏油性不够好，如果全氟碳链过长则结合强度下降，制造成本提高；全氟己基乙基三甲氧基硅烷、全氟己基乙基三乙氧基硅烷、全氟辛基乙基三甲氧基硅烷、全氟辛基乙基三乙氧基硅烷具有合适的水解偶联、成膜能力，而且容易获得商业产品。

优选的，所述的步骤(3)中的纳米二氧化硅为亲油气相白炭黑。

所述的步骤(3)中的蒙版材料为聚酰亚胺薄膜。

为了解决传统移液枪液体量取慢的问题，本发明还提供了一种移液枪，能够实现液体的快速量取，同时也能实现液体的精确量取。

一种移液枪，包括通过上述制作方法制作出的具有超疏油内外壁的枪头，所述枪头远离枪口平台的一端连接有枪管，所述枪头与枪管具有相通的内腔；

枪管内腔包括与枪头内腔同径且相通的细腔以及远离枪头内腔与细腔相通的粗腔；

所述粗腔内设置有弹性件，所述弹性件一端设置有按压件，所述按压件在弹性件的作用下能抵接粗腔的顶端，使用时通过下压按压件能使其在腔管内移动；

所述按压件靠近枪头的一端连接有注塞件，所述注塞件在按压件的驱动下在细腔内移动；

所述枪管上设置有用于将按压件限定在不同位置的限位调节器。

本方案通过限位调节器来控制按压件和柱塞件每次活动的距离，通过控制柱塞件每次排开的空气体积，来量取对应体积的液体，限位调节器使得操作人员能快速确定并控制按压件的位置，使得液体的量取变得准确快速，从而大大提高的工作效率。

作为优选，所述限位调节器包括沿枪管侧壁径向均匀设置且与粗腔相通的刻度孔以及一个能插入所述刻度孔内并深入到粗腔内的调节件，在调节件插入时，能干涉按压件和柱塞件的运动，且当调节件插入最顶部刻度孔时，按压件无法向下移动。

通过设计刻度孔和调节件，使得操作人员在确定好待量取液体体积时，可准确的将调节件插入对应体积的刻度孔内，降低操作难度，提高工作效率。

作为优选，相邻所述的刻度孔在分别插入调节件时使被干涉柱塞件靠近枪头一侧的细腔体积变化不超过10微升。

刻度孔的梯度控制在10微升以下，可满足绝大多数的量取需求，根据需求，将调节件插入对应的刻度孔内，实现液体的快速精确量取。

作为优选，所述按压件包括与粗腔内壁接触的驱动件以及与驱动件连接并伸出枪管的拨杆，枪管侧壁设置有与粗腔相连的缺口，拨杆能在缺口内移动。

本结构设计简单，通过手动下压按压件即可驱动柱塞件移动，降低操作难度。

本发明的有益效果：

(1)通过枪头制作方法制得的枪头具有优良的疏水、疏油特性，在量取液体时可以避免传统移液枪头吸取有机试剂时枪头表面残留部分试剂的现象，进而解决传统移液枪头实际取样体积小于预定取样体积的问题，有利于提高移液枪的精度取样；

(2)该移液枪上增加了限位调节器，可准确控制柱塞件排出空气的体积，从而实现液体的定量量取，在限位调节器的限位作用下，柱塞件可快速到达指定刻度的位置，从而实现快速的量取。

(3)该移液枪头的亲油针口可以粘附有机试剂油滴，进而实现超疏油表面上有机试剂液滴的多次、精确、快速的取放操控，实现复杂的化学试剂处理功能。

附图说明

图1为移液枪的结构示意图；

图2为移液枪主视剖视示意图；

图3为按压件与注塞件连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种移液枪，包括枪头1，枪头1远离枪头平台11的一端连接有枪管2，枪头1和枪管2可设计为一体结构，枪头1与枪管2具有相通的内腔。

枪管内腔包括与枪头内腔12同径且相通的细腔21以及远离枪头内腔12与细腔相通的粗腔22。

粗腔22内设置有弹性件3，该弹性件3可以选择弹簧，弹性件3一端设置有按压件4，按压件4在弹性件3的作用下能抵接粗腔22的顶端，使用时通过下压按压件4能使其在腔管2内移动。

作为一种可选的方案，按压件4包括与粗腔22内壁接触的驱动件41以及与驱动件41连接并伸出枪管2的拨杆42，枪管2侧壁设置有与粗腔22相连的缺口23，拨杆42能在缺口23内移动。

按压件4靠近枪头1的一端连接有注塞件5，注塞件5可以选择注射活塞，注塞件5在按压件4的驱动下在细腔21内移动。

枪管2上设置有用于将按压件4限定在不同位置的限位调节器6。

作为一种可选的方案，限位调节器6包括沿枪管2侧壁径向均匀设置且与粗腔22相通的刻度孔61以及一个能插入所述刻度孔61内并深入到粗腔22内的调节件62，在调节件62插入时，能干涉按压件4和注塞件5的运动，且当调节件62插入最顶部刻度孔61时，按压件4无法向下移动。

本实施例中，相邻所述的刻度孔61在分别插入调节件62时使被干涉柱塞件5靠近枪头1一侧的细腔11体积变化不超过10微升。

以10微升为例，也即刻度孔61从上至下对应的体积依次为0、10微升、20微升、30微升，依次类推，调节件62插入对应体积的刻度孔61内，按压件4到达该调节件62的位置时即可量取对应体积的液体。

上述移液枪枪头具有内外壁超疏油，枪口平台超亲油的特性，具体的制作方法如下：

将移液枪枪头浸入乙醇中超声波清洗30分钟以除去其表面污染物，如灰尘等，并用纯水洗涤，用氮气干燥，完成移液枪枪头的预处理。

将六甲基二硅烷溶解至甲苯溶液中制得硅烷溶液，使硅离子浓度为0.2mol/L，再将上述硅烷溶液以5mL/min的流速通入压降为0.3MPa雾化器中雾化得到雾化溶液。

以氧气作为载气，载气流速为5L/min，将上述雾化溶液与流速为1L/min甲烷和流速为2L/min氧气混合并将其在甲烷燃烧器中燃烧，预处理后的移液枪枪头固定于甲烷燃烧器火焰上方20cm处的具有水冷设备的金属夹具上，120秒后在移枪液枪头表面形成7μm厚的二氧化硅层。

将上述形成二氧化硅层的移液枪头浸泡在全氟己基乙基三甲氧基硅烷溶液中1h后取出，在80℃、空气环境条件下干燥后，在二氧化硅层上形成含氟硅烷层，将上述形成含氟硅烷层的移液枪枪头取出并用蒸馏水洗涤，用氮气干燥，完成移液枪枪头的后处理，制得具有超疏油内外壁的移液枪枪头。

将形成含氟硅烷层的移液枪枪头，除枪口平台外的所有内外壁表面用蒙版遮盖，采用喷涂法在移液枪枪头的枪口平台位置喷涂体积分数为1％的黏土、二氧化硅的乙醇溶液，形成具有亲油性的纳米二氧化硅涂层。

除去蒙版，制得具有超疏油内外壁和超亲油枪口平台的移液枪枪头。

定量量取液体时移液枪的使用方法：

首先，选择需要量取液滴的体积，把调节件62插入相应体积对应的刻度孔61内，选择好后，先按下拨杆42压缩弹性件3使拨杆42压到调节件62位置，这时注塞件5也跟着下移。接着，把枪头1放入待量取液体的烧杯内，松开拨杆42，弹性件3回弹带动注塞件5移动吸入液体。最后，移动移液枪至需要位置，拔掉调节件62，压下拨杆42至超过所选刻度，使移液枪内液体能全部流出。这样就实现了定量量取液滴且针口内壁外壁无残留，对量取液滴的体积误差影响很小。

快速量取液体时的移液枪的使用方法：

将具有亲油性的枪口平台11缓慢接触液滴，使液滴粘附在枪口平台11上，由于枪头1内外壁都经超疏油处理，不会被润湿，枪口平台11虽然会被润湿，但润湿面积较小，对液滴的体积和形状影响可以忽略，所以液滴会在枪口平台11亲油表面粘滞力的作用下吸附在枪口平台11上，从而脱离原来平面。将带有液滴的枪口平台11缓慢移动到需要位置，按压拨杆42，使柱塞件5下压，压缩空气会将枪口平台11的液滴挤开。这样就实现了快速取放液滴且对液滴无污染。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，其特征在于：枪头的制作方法包括如下步骤：

(1)将硅烷溶液雾化后在燃烧器中燃烧，预处理后的移液枪枪头用夹具固定于燃烧器火焰上方10～25cm处，15～120秒后移液枪枪头表面形成二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度为0.5～7μm；

(2)将步骤(1)得到的具有二氧化硅层表面的移液枪枪头浸泡于含氟硅烷偶联剂溶液中，1～2小时后取出，在80℃、空气环境下干燥后，在二氧化硅层上形成含氟硅烷层；

(3)将步骤(2)得到的具有含氟硅烷层的移液枪枪头，除枪口平台外的所有内外壁表面用蒙版遮盖，枪口平台位置涂覆含有黏土、纳米二氧化硅的乙醇溶液，形成具有亲油性的纳米二氧化硅涂层；

(4)除去蒙版，得到具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的移液枪头。

2.根据权利要求1所述的具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，其特征在于：所述的步骤(1)的硅烷溶液为分子中含有1～6个硅的硅烷、硅氧烷、硅氮烷中的至少一种，溶于易燃的有机溶剂中，浓度为10～100g/L。

3.根据权利要求1所述的具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，其特征在于：所述的步骤(1)的燃烧器为甲烷燃烧器、天然气燃烧器中的一种。

4.根据权利要求1所述的具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，其特征在于：所述的步骤(1)的移液枪枪头预处理方法为：将移液枪枪头浸入乙醇或丙酮中超声波清洗，然后用纯水洗涤、干燥。

5.根据权利要求1所述的具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，其特征在于：所述的步骤(2)中的含氟硅烷偶联剂为全氟C4～C12烷基乙基硅烷偶联剂。

6.根据权利要求1所述的具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，其特征在于：所述的步骤(3)中的纳米二氧化硅为亲油气相白炭黑。

7.一种移液枪，其特征在于，包括权利要求1～6任一所述的具有超疏油内外壁和亲油枪口平台的枪头，所述枪头远离枪口平台的一端连接有枪管，所述枪头与枪管具有相通的内腔；

枪管内腔包括与枪头内腔同径且相通的细腔以及远离枪头内腔与细腔相通的粗腔；

所述粗腔内设置有弹性件，所述弹性件一端设置有按压件，所述按压件在弹性件的作用下能抵接粗腔的顶端，使用时通过下压按压件能使其在腔管内移动；

所述按压件靠近枪头的一端连接有注塞件，所述注塞件在按压件的驱动下在细腔内移动；

所述枪管上设置有用于将按压件限定在不同位置的限位调节器。

8.根据权利要求7所述的移液枪，其特征在于：所述限位调节器包括沿枪管侧壁径向均匀设置且与粗腔相通的刻度孔以及一个能插入所述刻度孔内并深入到粗腔内的调节件，在调节件插入时，能干涉按压件和柱塞件的运动，且当调节件插入最顶部刻度孔时，按压件无法向下移动。

9.根据权利要求7或8所述的移液枪，其特征在于：相邻所述的刻度孔在分别插入调节件时使被干涉柱塞件靠近枪头一侧的细腔体积变化不超过10微升。

10.根据权利要求7所述的移液枪，其特征在于：所述按压件包括与粗腔内壁接触的驱动件以及与驱动件连接并伸出枪管的拨杆，枪管侧壁设置有与粗腔相连的缺口，拨杆能在缺口内移动。

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