CN112390217A - 一种用于分配微体积液体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于分配微体积液体的装置(1)。特别地，本发明缩短了将受控量的粘性液体(106)从至少一个喷嘴(104)分配到工件平台(100)上的工件(102)上的时间，并且感测在分配过程中的压力变化，从而获得所需的压力并控制所分配的粘性液体(106)的量。因此，本发明能够以高准确度、高速度和高精度分配少量的粘性液体(106)。

Description

一种用于分配微体积液体的装置

技术领域

本发明涉及一种用于分配微体积液体的装置。特别地，本发明缩短了将受控量的液体分配到工件平台上的工件上的时间，并且在分配过程中感测压力变化，从而获得所需压力并控制分配液体的量。因此，本发明能够以高准确度、高速度和高精度分配少量液体。

背景技术

微分配是生产小于一微升的液体介质剂量的技术。几乎所有技术领域的持续小型化对工业、开发和研究的设施提出了持续的挑战。微分配是这些挑战之一。越来越少量的粘合剂、液体、油、油脂和多种其他介质的剂量和位置必须在短周期时间内被可靠、准确地分配。诸如胶水、试剂或任何其他物质之类的流体的精确定位和份量对产品的整体质量影响很大。

当前，时间压力分配是一种存储少量流体的广泛接受的方法，流体例如是粘合剂或封装环氧树脂，用于组装多种产品，产品的范围是从电子产品(例如手机、液晶显示器和大功率LED)到医疗设备(例如心脏导管和隐形眼镜)。通常使用精密加压空气从一次性注射器通过细口径分配针施加这些流体。加压空气及其持续时间由调节空气压力分配的分配器控制器确定。分配器控制器通过一段挠性管和针筒适配器连接到针筒。由分配器控制器控制的空气压力对注射器中包含的流体施加力，使流体流过分配针筒并进行存储。压力脉冲的持续时间决定了所存储的流体的量。

保持给定量在每次存储之间的一致性对于许多产品的正确组装是至关重要的。例如，如果施加的流体的量不足，则产品可能无法正确组装，并且将被拒收。或者，使用过多的流体可能导致成本高昂，或者可能干扰产品的功能，例如阻止光穿透相机电话的镜头。

每次存储后，残留在注射器中的流体的总量将减少。随着流体的量减少，空气的量增加。空气压力必须将空气量加压到设定压力，以达到所需的存储尺寸或保持一致的存储尺寸。然而，随着空气量的增加，注射器中压力的变化率降低，因此需要更多时间将空气完全加压到注射器中的设定压力，以进行所需的存储，并在存储后放空注射器。此外，该时间压力分配系统需要在将压缩空气或加压空气传递到注射器之前，在控制器和压力系统之间连接一定长度的空气管。这些连接反过来会增加空气量，而气动系统中较高的空气量需要更长的时间才能达到所需的设定压力，以使存储尺寸一致。因此，由于增加的加压时间和排气时间，整个循环周期显着增加。

因此，有利的是通过采用一种用于分配微体积液体的装置来减轻缺点，该装置能够以超高准确度、超高速度和超高精度分配少量的液体，优选地分配纳升量的液体，更优选地分配皮升量的液体。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种用于分配微体积液体的装置，用于利用响应的气动控制来分配微体积液体。

本发明的又一个目的是提供一种用于分配微体积液体的装置，用于分配微体积液体，缩短供应所需气压所需的时间。

本发明的又一个目的是提供一种用于分配微体积液体的装置，用于将纳升量的微体积液体分配成皮升量。

本发明的又一个目的是提供一种用于分配微体积液体的装置，用于分配微体积液体，实现分配液体尺寸的一致性。

本发明的又一个目的是提供一种用于分配微体积液体的装置，用于分配微体积液体，有效地、响应地控制和供应流体压力。

本发明的又一个目的是提供一种用于分配微体积液体的装置，用于分配微体积液体，自动将流体压力变量调节至所需状态或设定压力，无需人工干预。

通过理解以下本发明的详细描述或在实际实践中采用本发明，本发明的其他目的将变得显而易见。

根据本发明的优选实施例，提供了以下内容：

一种用于分配微体积液体的装置，包括：

用于通过尖端开口分配微体积液体的至少一个喷嘴；

向所述喷嘴供应流体的至少一个液体贮存器；

将所述液体贮存器连接到所述喷嘴的液体通道；

用于向所述液体贮存器提供正压力的至少一个正压力机构；

用于控制所述装置的操作的至少一个控制单元；

其特征在于，

提供脉冲压力的至少一个脉冲压力机构；

沿所述液体通道引入中间室，其中所述中间室包括：

沿所述液体通道连接的至少一个压力单元，其中所述压力单元允许所述正压力机构和脉冲压力机构向所述压力单元提供脉冲压力，以控制从所述喷嘴分配的所述粘性液体的量；

在所述正压力机构与所述液体贮存器之间连接的至少一个正压力定向控制阀。

在所述脉冲压力机构和所述压力单元之间连接的至少一个脉冲压力定向控制阀。

附图说明

在结合附图研究详细的具体实施方式后，将认识到本发明的其他方面及其优点，其中：

图1示出了根据本发明优选实施例的分配微体积液体的装置的整体结构图。

图2a、图2b和图2c示出了图1的分配微体积液体的装置的组件之一的操作。

图3示出了根据本发明第二实施例的分配微体积液体的装置的整体结构图。

图4a、图4b和图4c示出了图3的分配微体积液体的装置的组件之一的操作。

图5示出了根据本发明第三实施例的分配微体积液体的装置的整体结构图。

图6示出了根据本发明第三实施例的分配微体积液体的装置的整体结构图。

图7示出了根据优选实施例的本发明的示例性方法流程。

图8示出了根据第二实施例的本发明的示例性方法流程。

图9示出了根据第四实施例的本发明的示例性方法流程。

具体实施方式

在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节来提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实现本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和/或组件，以免模糊本发明。

从仅以示例方式参考附图的实施例的以下描述中，将更清楚地理解本发明，这些附图未按比例绘制。

如在本公开和本文的所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文清楚地指示或另外指出。

在本申请文件的整个公开和权利要求书中，单词“包括(comprise)”及其变体，例如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”，是指“包括但不限于”，并且不意图排除例如其他组件、整数或步骤。“示例性”是指“一个示例(an example of)”，并且不旨在传达优选或理想实施例的指示，“例如”不是为了限制性使用的，而是用于说明目的。

首先参考图1，示出了根据本发明优选实施例的一种用于分配微体积液体的装置(1)。用于分配微体积液体的装置(1)包括至少一个工件平台(100)和至少一个喷嘴(104)，用于通过在所述工件平台(100)上的工件(102)的表面上的预定位置处的喷嘴(104)的尖端开口(104a)分配微体积液体，液体优选地为纳升量或更优选为皮升量的粘性液体(106)的端部开口(104a)。喷嘴(104)具有非常小的直径并且具有细长的圆柱形形状，该圆柱形形状优选地保持在包括金属或另一种刚性材料的垂直方向上，并且所述喷嘴(104)的尖端开口(104a)面向所述工件(102)的表面，从而在尖端开口(104a)和所述工件(102)的表面之间形成适当的非常小的间隙，在这种状态下执行分配微体积液体的操作。取决于分配目标，所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)的内径优选为25um至200um。

在所述用于分配微体积液体的装置(1)中配置有用于存储所述粘性液体(106)的至少一个液体贮存器(108)，以将所述粘性液体(106)供应到所述喷嘴(104)。由刚性管(pipe)或挠性管(tube)形成的至少一个液体通道(110)将所述液体贮存器(108)连接至所述喷嘴(104)。当所述液体贮存器(108)的出口打开时，所述液体通道(106)从所述液体贮存器(108)接收所述粘性液体(106)，并将所述粘性液体(106)输送到所述喷嘴(104)，从而为随后的分配过程获得液体填充状态。所述喷嘴(104)的内径优选大于所述液体通道(106)的内径，所述喷嘴(104)的内部体积不会由于流过内部的粘性液体的压力波动而变化。

在所述用于分配微体积液体的装置(1)中配置有多个压力源或机构，以供应压力来迫使所述粘性液体(106)从所述喷嘴(104)被分配。至少一个正压力机构(112)被配置为向所述液体贮存器(108)提供正压力。由所述正压力机构(112)控制的正压力的供应对所述液体贮存器(108)中容纳的所述粘性液体(106)施加力，导致所述粘性液体(106)流过所述液体通道(110)和所述喷嘴(104)，产生或分配微体积量的所述粘性液体(106)，优选为纳升量，更优选为皮升量。

沿着所述液体通道(110)进一步构造并引入中间室(114)，其中所述中间室(114)包括沿着所述液体通道(110)连接的至少一个压力单元(116)，其中所述压力单元(116)允许所述正压力机构(112)控制从所述喷嘴分配的所述粘性材料或液体(106)的量。所述压力单元(116)是优选为环形横截面的密封的外周空间，包括：压力室(118)，压力室(118)同轴地围绕长度优选为10mm至15mm的至少一个圆柱形管(120)，其中所述圆柱形管(120)由可压缩材料制成；两个端板，即上游侧端板(122a)和下游侧端板(122b)，形成所述圆柱形管(120)和所述压力室(118)的两端，其中所述上游侧端板(122a)与所述液体通道(110)连接，以允许所述粘性液体(106)流入所述圆柱形管(120)；所述下游侧端板(122b)连接到所述喷嘴(104)，以允许所述粘性液体(106)流入所述喷嘴(104)。所述中间室(114)还包括至少一个正压力定向控制阀(124)，其连接在所述正压力机构(112)和所述液体贮存器(108)之间。由所述正压力机构(112)控制的正压力将首先被提供给所述正压力定向控制阀(124)，随后通过至少一个第一输送导管(126)被供应给所述液体贮存器(108)。在所述正压力控制阀(124)和所述液体贮存器(108)之间的所述第一输送导管(126)的体积小于2ml。所述中间室(114)还包括至少一个脉冲压力定向控制阀(128)，其连接在所述压力单元(116)和至少一个脉冲压力机构(130)之间。所述脉冲压力机构(130)被配置为向所述压力单元(116)提供脉冲压力，其中，首先将所述脉冲压力供应给所述脉冲压力定向控制阀(128)，然后通过至少一个第二输送导管(132)将所述脉冲压力供应给所述压力单元(116)。在所述脉冲压力定向控制阀(128)和所述压力单元(116)之间的所述第二输送导管(132)的体积小于1ml。所述压力单元(116)还允许所述脉冲压力机构(130)控制从所述喷嘴(104)分配的所述粘性液体(106)的量。来自所述脉冲压力机构(130)的脉冲压力的供应等于或大于来自所述正压力机构(112)的正压力的供应。可选地，本文所述的所述正压力机构(112)和脉冲压力机构(130)中的每一个由至少一个压力调节器调节(未在图中示出)。所述压力调节器包括但不限于压电控制阀、比例压力控制阀或电子调节器或任何合适的压力调节器。

现在参考图2a、图2b和图2c，示出了所述压力单元(116)的操作。通过从所述正压力定向控制阀(124)供应给所述液体贮存器(108)的正压力和从所述脉冲压力定向控制阀(128)供应给所述压力单元(116)的所述压力室(118)的脉冲压力，协同并同时地管理和控制所述压力单元(116)的操作。换句话说，所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)中的每一个的操作同时进行，从而将正压力中的每一个瞬时供应至所述液体贮存器(108)，并且将脉冲压力瞬时供应到所述压力单元(116)的所述压力室(118)。如图2b所示，所述正压力定向阀(124)和所述脉冲压力定向阀(128)中的每一个同时打开，以向所述液体贮存器(108)和所述压力单元(116)的所述压力室(118)供应正压力和脉冲压力。当设定的正压力通过所述第一输送导管(126)从所述正压力定向控制阀(124)供应到所述液体贮存器(108)中包含的所述粘性液体(106)时，所述粘性液体(106)被迫使流经所述液体通道(110)至所述压力单元(116)的所述圆柱形管(120)。同时，当从所述脉冲压力定向控制阀(128)经由所述第二输送导管(132)向所述压力单元(116)的所述压力室(118)供应设定的脉冲压力时，所述压力室(118)的内部压力瞬时增加，所述圆柱形管(120)以围绕所述圆柱形管(120)的中心轴线的轴向对称状态径向向内收缩，所述圆柱形管(120)的内部体积减少。当所述圆柱形管(120)收缩时，保持在其内部的所述粘性液体(106)被推出到所述液体通道(110)和所述喷嘴(104)的上游。由于所述喷嘴(104)上的阻力明显更大，因此少量液体被推向所述喷嘴(104)，并导致所述粘性液体(106)从所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)以微体积的量、优选以纳升的量、更优选以皮升的量被推出到所述工件(102)上。如图2c所示，当通过所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)同时停止加压时，没有向所述液体贮存器(108)供应正压力，并且没有向所述压力单元(116)的所述压力室(118)供应脉冲压力，所述压力室(118)恢复到大气压力状态，所述圆柱形管(120)径向向外扩张并弹性恢复其原始圆柱形形状，并且内部恢复正常。由此，将所述粘性液体(106)从所述液体通道(110)的上游侧和所述喷嘴(104)吸入所述圆柱形管(120)中。因此，仅有非常少量的液体从所述喷嘴(104)被吸回所述圆柱形管(120)。所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)处的所述粘性液体(106)被吸回到所述喷嘴(104)中，并将所述喷嘴(104)的内部向上拉至足以防止液体弯月面破裂。另外，还可以可靠地防止在分配微体积量的所述粘性液体(106)之后从所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)滴落，并且可靠地防止其他类似的缺陷。以这种方式，脉冲压力使所述压力室(118)受压，进而使所述圆柱形管(120)以轴向对称的状态弯曲，从而构成用于增大和减小所述圆柱形管(120)的内部体积的管变形部分。

所述三轴机械手、所述液体贮存器(108)、所述正压力机构(112)、所述正压力定向控制阀(124)、所述脉冲压力机构(130和所述脉冲压力定向控制阀(128)中的每一个的驱动由至少一个控制单元(134)控制。由所述控制单元(134)执行的控制操作是基于来自至少一个操纵/显示单元(未在附图中示出)的输入的操纵而进行的；操作状态和其他信息可以显示在所述操纵/显示单元上。

现在参考图3，示出了本发明的第二实施例。除了生成或创造负压力的方式之外，本发明的第二实施例类似于优选实施例。如图3所示，图1的所述分配微体积液体的装置(1)通过增加至少一个真空压力机构(136)进行修改，从而向所述液体贮存器(108)提供负压力。另外，在所述中间室(114)中配置有至少一个负压力定向控制阀(138)，负压力定向控制阀(138)连接在所述真空压力机构(136)和所述液体贮存器(108)之间。由所述真空压力机构(136)控制的负压力首先被供应给所述负压力定向控制阀(138)，然后通过至少一个第三输送导管(140)被供应给所述液体贮存器(108)。所述负压力定向控制阀(138)和所述液体贮存器(108)之间的所述第三输送导管(140)的体积小于2ml。当需要保持所述粘性液体(106)免于从所述喷嘴(104)滴落时，特别是在处理低粘度的材料或液体时或在加快从所述液体贮存器(108)的输入释放压力的过程时，供应给所述液体贮存器(108)的负压力被施加于所述液体贮存器(108)中包含的所述粘性液体(106)。否则，当停止供应正压力到所述液体贮存器(108)时，将施加所述负压力，从而耗尽所述液体贮存器(108)。所述真空压力机构(136)和所述负压力定向控制阀(138)各自的驱动由所述控制单元(134)控制。

在图4a、图4b和图4c中示出了根据本发明第二实施例的由所述负压力定向控制阀提供的负压力的操作。在所述用于分配微体积液体的装置(1)的初始设置下，打开所述负压力定向控制阀，通过从所述第三输送导管(140)到所述液体贮存器(108)将由所述真空压力机构控制的设定的负压力供应给所述液体贮存器，以防止所述喷嘴(104)的滴落，尤其是在处理低粘度的材料或液体时，或在加快从所述液体贮存器(108)的输入释放压力的过程时，或在耗尽所述液体贮存器(108)时，而所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)如图4a所示地保持关闭。所述负压力定向控制阀(138)的操作与所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)协同且同时地被控制和管理。换句话说，当所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)在打开时，所述负压力定向控制阀(138)同时关闭，以在如图4b所示的所述分配过程中停止向所述液体贮存器(108)供应负压力。一旦从所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)分配微体积量的所述粘性液体(106)到所述工件平台(100)上的所述工件(102)上，所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)关闭，以停止供应正压力和脉冲压力，而所述负压力定向控制阀(138)同时开启，如图4c所示地向所述液体贮存器(108)供应负压力。因此，示出了所述正压力定向控制阀(124)、所述脉冲压力定向控制阀(128)和所述负压力定向控制阀(138)中的每一个的操作或切换的状态和条件是同时控制和管理的。

如本文所述，所述正压力定向控制阀(124)、所述脉冲压力定向控制阀(128)和所述负压力定向控制阀(138)中的每一个可以是电磁阀或压电阀等。如先前所述并在附图中示出的，所述正压力定向控制阀(124)、脉冲压力定向控制阀(128)和所述负压力定向控制阀(138)中的每一个都与所述压力单元(116)一起集成在所述中间室(114)中，而不是作为所述控制单元(134)的一部分，从而通过减少所述用于分配微体积液体的装置(1)中的管或导管的连接来减少整个用于分配微体积液体的装置(1)中的流体体积。由于需要更短的时间来向所述液体贮存器(108)和所述压力单元(116)供应所需的流体压力，因此这种集成提供了响应更加灵敏的压力控制系统。

可选地，根据本发明的第三实施例，可以在所述用于分配微体积液体的装置(1)中构造额外的流体贮存器(142、144、148)。如图5所示，根据本发明实施例的用于分配微体积液体的装置(1)进行了以下修改：在所述正压力定向控制阀(124)的输入增加至少一个第一流体贮存器(142)，在所述脉冲压力定向控制阀(128)的输入增加第二流体贮存器(144)，并在所述负脉冲压力定向控制阀(138)的输入增加至少一个第三流体贮存器(148)。所述第一流体贮存器(142)连接在所述正压力机构(112)和所述正压力定向控制阀(124)之间，以稳定正压力。所述第二流体贮存器(144)连接在所述脉冲压力机构(130)和所述脉冲压力定向控制阀(128)之间，以稳定脉冲压力。所述第三流体贮存器(148)连接在所述真空压力机构(136)和所述负压力定向控制阀(138)之间，以稳定负压力。

现在参考图6，示出了本发明第四实施例。可以将至少一个流体压力传感器(150)引入或定位在根据本发明实施例的所述用于分配微体积液体的装置(1)的所述液体贮存器(108)的输出，从而向所述控制单元(134)提供流体压力测量数据。所述流体压力传感器(150)可操作地并电气地连接到用作反馈控制系统的所述控制单元(134)，以测量所述粘性液体(106)的压力并产生压力电输出信号或数据，压力电输出信号或数据与来自所述液体贮存器(108)的所述粘性液体(106)的瞬时流速相关。所述控制单元(134)连续地接收和处理来自所述流体压力传感器(150)的指示所述粘性液体(106)的流速的电输出信号，并执行响应压力控制功能。所述控制单元(134)可以包括可编程逻辑控制器，或能够处理和解析从所述流体压力传感器(150)转换或产生的电输出信号的任何其他合适的基于计算机的控制设备。所述控制单元(134)逐渐获取从所述液体贮存器(108)流出的所述粘性液体(106)的实际压力，确定从所述粘性液体(106)获取的实际压力与预先确定的设定压力的范围之间的差，并为分配过程的每个循环更新和调整向所述液体贮存器(108)供应所需的正压力的压力水平。随后，所述控制单元(134)以电子方式控制并命令所述正压力机构(112)根据更新后的设定压力向所述正压力定向控制阀(124)供应正压力。由此，实现了连续的精确正压力控制，从而形成闭环压力控制，其中压力电输出信号或流体压力测量的数据被反馈到所述控制单元(134)，以电子方式控制所述正压力机构(112)和所述正压力定向控制阀(124)，确保维持所述流体压力传感器(150)测量的压力。通过在设定压力下恒定地控制和维持向所述液体贮存器(108)的正压力供应，在分配过程的每个循环中恒定地维持和控制从所述喷嘴(104)分配的所述粘性液体(106)的量。在测量点具有恒定的流体压力的情况下，所述粘性的材料或液体(106)的整体分配过程在流速和可控制性方面得到了显着改善。换句话说，所述粘性的材料或液体(106)的分配操作是受压力控制的，其中，分配操作是基于在将所述粘性的材料或液体(106)分配到所述工件平台(100)上的所述工件(102)上时所获得的压力测量结果。所述流体压力传感器(150)除了提供流体压力测量数据之外，还用于指示或检测所述用于分配微体积液体的装置(1)中流体或气泡的杂质的存在。

图7示出了根据本发明优选实施例的用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的过程，液体优选为纳升量或更优选为皮升量的所述粘性液体(106)。所述过程由所述控制单元(134)进行或执行。首先，所述处理在步骤201开始，在步骤201中执行初始设置操作。将正压力和脉冲压力更新为设定压力，以控制打算从所述喷嘴(104)分配到所述工件平台(100)上的所述工件(102)上的所述粘性液体(106)的量。所述控制单元(134)然后可以转发指令，以打开所述液体贮存器(108)的出口，达到液体填充状态，其中所述液体贮存器(108)中包含的所述粘性液体(106)可通过所述液体通道(110)和所述压力单元(116)从所述液体贮存器(108)供应到所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)。所述正压力机构(112)、所述正压力定向控制阀(124)、所述脉冲压力机构(130)和所述脉冲压力定向控制阀(128)中的每一个都保持关闭状态。在步骤203，然后将所述喷嘴移动到在所述工件平台(100)上作为对象的所述工件(102)，而所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)在所述工件(102)的位置上从所述尖端开口(104a)的正上方并在其间形成有固定间隙的方式接合到表面，所述工件(102)的位置是分配所述粘性液体(106)的位置。步骤205和步骤207协同工作，其中所述正压力机构(112)被控制为将设定的正压力供应给所述正压力定向控制阀(124)，然后所述正压力定向控制阀(124)打开，通过所述第一输送导管(126)向所述液体贮存器(108)供应正压力，以对所述液体贮存器(108)中包含的所述粘性液体(106)施加力，从而导致受控量的所述粘性液体(106)流经所述液体通道(110)进入所述压力单元(116)。在相同的步骤205和步骤207，所述脉冲压力机构(130)还被控制为将设定的脉冲压力供应给所述脉冲压力定向控制阀(128)，然后所述脉冲压力定向控制阀(128)被控制为打开以通过所述第二输送导管(132)向所述压力单元(116)的所述压力室(118)供应所述脉冲压力。当所述压力室(118)被加压时，所述压力室(118)的内部压力增加，因此所述圆柱形管(120)从外部受到压力，导致所述圆柱形管(120)变形并径向向内收缩、绕所述圆柱形管(120)的中心轴成轴向对称的状态，以便减小所述圆柱形管(120)的内部体积。通过向所述液体贮存器(108)和所述压力单元(116)的所述压力室(118)中的每一个供应设定压力的正压力和脉冲压力，来同时控制从所述喷嘴分配的所述粘性液体(106)的量。换句话说，所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)中的每一个的操作是同时进行的，从而实现了所述粘性液体(106)流速的一致性，并精确控制待分配的所述粘性液体(106)的量。因此，当正压力迫使所述液体贮存器中包含的所述粘性液体(106)流经所述液体通道(110)进入所述圆柱形管(120)时，脉冲压力导致所述圆柱形管(120)收缩，保存在所述圆柱形管(120)的内部的所述粘性液体(106)被推出到所述液体通道(110)和所述喷嘴(104)的上游。由于所述喷嘴(104)上的阻力明显更大，因此少量的所述粘性液体(106)被推向所述喷嘴(104)并导致所述粘性液体(106)被从所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)以微体积的量推出到所述工件平台(100)上的所述工件(102)上，微体积的量优选为纳升量、更优选为皮升量。在步骤209，如果从所述喷嘴(104)分配预期量的所述粘性液体(106)，则所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)同时关闭来停止加压，不向所述液体贮存器(108)供应正压力，也不向所述压力单元(116)的所述压力室(118)供应脉冲压力，因此所述粘性液体(106)的流动被成功切断。所述压力室(118)然后返回到大气压状态，并且所述圆柱形管(120)径向向外膨胀并且弹性地恢复其原始圆柱形形状，并且内部体积恢复正常。所述压力室(118)的内部压力也恢复正常。由此，将所述粘性液体(106)从所述液体通道(110)的上游侧和所述喷嘴(104)吸入到所述圆柱形管(120)中。因此，仅有非常少量的液体被从所述喷嘴(104)被吸回到所述圆柱形管(120)。所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)处的所述粘性的材料或液体(106)被拉回到所述喷嘴(104)中，并且所述喷嘴(104)的内部被向上拉动到足以保持适当的状态而不会破坏形成在所述喷嘴的所述尖端开口中的弯月面。如步骤211所示，这使得可以适当地进行用于以微体积量分配所述粘性液体(106)的后续操作或循环，其中，步骤203、205、207和209中的每一个都是针对循环而重复的。另外，还可以可靠地防止在分配微体积量的所述粘性的材料或液体(106)以及所述喷嘴(104)的所述尖端开口(104a)上滴落，并且防止其他此类的缺陷。在步骤211执行了多个循环之后，或者在所述液体贮存器(108)必须排出所述粘性液体(106)时，或者在需要分配其他粘性的材料或液体时，用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的所述过程在步骤213停止操作。

图8示出了根据本发明第二实施例的用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的过程，液体优选为纳升量或更优选为皮升量的所述粘性液体(106)。如图8所示，除了将所述真空压力机构(136)、所述负压力定向控制阀(138)和所述第三输送导管(140)中的每一个的操作引入到步骤201、205和209中之外，根据第二实施例的用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的过程与图7中的优选实施例相同。如图8的步骤201所示，所述正压力机构(112)、所述正压力定向控制阀(124)、所述脉冲压力机构(130)和所述脉冲压力定向控制阀(128)中的每一个保持关闭状态，而所述真空压力机构(136)被控制为向所述负压力定向控制阀(138)供应设定的负压力，然后所述负压力定向控制阀(138)被打开，经由所述第三输送导管(140)向所述液体贮存器(108)供应设定的负压力，从而耗尽所述液体贮存器(108)的输入和/或保持所述粘性液体(106)不从所述喷嘴(104)滴落。在图8的步骤205，当所述负压力定向控制阀(138)被关闭以停止向所述液体贮存器(108)供应负压力时，所述正脉冲压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀(128)中的每一个同时打开。在图8的步骤209，在将微体积量的所述粘性液体(106)从所述喷嘴(104)分配到所述工件平台(100)上的所述工件(102)上之后，所述负压力定向控制阀、所述正压力定向控制阀和所述脉冲压力定向控制阀的切换状态同时进行，其中，在所述负压力定向控制阀(138)被打开以向所述液体贮存器(108)供应负压力的同时，所述正压力定向控制阀(124)和所述脉冲压力定向控制阀中的每一个被关闭。换句话说，所述负压力定向控制阀、所述正压力定向控制阀和所述脉冲压力定向控制阀中的每一个的操作是同时进行的。

可选地，根据本发明的实施例，所述第一液体贮存器(142)、所述第二液体贮存器(144)和第三液体贮存器(148)可用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的过程中分别稳定正压力、脉冲压力和负压力，液体优选为纳米升量或更优选为皮升量的所述粘性液体(106)。

图9示出了根据本发明第四实施例的用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的过程，液体优选为纳升量或更优选为皮升量的所述粘性液体(106)。如图9所示，除了引入所述流体压力传感器(150)的操作之外，根据第四实施例的用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的过程与图7中的优选实施例和图8中的第二实施例相同。在步骤201中设立初始设置操作之后，在步骤202中的压力校准或稳定是通过以下方式实现的：开启所述流体压力传感器(150)，通过向所述控制单元(134)产生压力的电输出信号或数据来获取流过所述液体通道(110)的所述粘性液体(106)的实际压力，以便执行响应压力控制功能。所述控制单元(134)获取从所述液体贮存器(108)流出的所述粘性液体(106)的实际压力，确定从所述粘性液体(106)获取的实际压力与预定的设定压力的范围之间的差，然后更新和调整在后续步骤中供应给所述液体贮存器进行分配过程所需的正压力的压力水平。该压力校准或稳定的步骤(202)可以在步骤212中的间隔周期或预定周期之后重复，以间隔地监视和控制压力水平。也可以在分配过程的每个新循环(211)之前，重复进行该压力校准或稳定的步骤(202)。以此方式，所述控制单元(134)连续且逐步地执行响应压力控制功能，从而实现并维持连续的精确正压力控制，从而控制从所述喷嘴(104)分配的粘性液体(106)的量。

尽管已经在本文中以被认为是本发明的优选实施例的方式示出和描述了本发明，优选实施例示出了与通过本发明获得的现有技术相比的结果和优点，但是本发明不限于那些特定的实施例。因此，本文所示出和描述的本发明的形式仅应被认为是说明性的，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以选择其他实施例，如所附权利要求书所述。本发明的范围包括许多替代、修改和等同方案。必然地，存在许多替代的方式来配置和实现本发明，以便适合特定的安装和环境，同时提供不同设计的生物学结果。

Claims (14)

1.一种用于分配微体积液体的装置(1)，包括：

至少一个喷嘴(104)，用于通过所述至少一个喷嘴(104)的尖端开口(104a)分配粘性液体(106)；

至少一个液体贮存器(108)，所述至少一个液体贮存器(108)向所述喷嘴(104)供应所述粘性液体(106)；

液体通道(110)，所述液体通道(110)将所述液体贮存器(108)连接至所述喷嘴(104)；

至少一个正压力机构(112)，用于向所述液体贮存器(110)提供正压力；

至少一个控制单元(134)，用于控制所述用于分配微体积液体的装置(1)的操作；

其特征在于：

至少一个脉冲压力机构(130)，用于提供脉冲压力；

中间室(114)，所述中间室(114)沿所述液体通道(110)引入，其中所述中间室(114)包括：

至少一个压力单元(116)，所述至少一个压力单元(116)沿所述液体通道(110)连接，其中所述压力单元(116)允许所述正压力机构(112)和脉冲压力机构(130)向所述压力单元提供脉冲压力(116)，以控制从所述喷嘴(104)分配的所述粘性液体(106)的量；

至少一个正压力定向控制阀(128)，所述至少一个正压力定向控制阀(128)连接在所述正压力机构(112)和所述液体贮存器(108)之间；

至少一个脉冲压力定向控制阀(128)，所述至少一个脉冲压力定向控制阀(128)连接在所述脉冲压力机构(130)和所述压力单元(116)之间。

2.根据权利要求1所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，所述压力单元(116)包括至少一个圆柱形管(120)；压力室(118)，所述压力室(118)同轴地围绕所述圆柱形管(120)；上游侧端板(122a)和下游侧端板(122b)，所述上游侧端板(122a)和所述下游侧端板(122b)形成所述圆柱形管(120)和所述压力室(118)的两端。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，还包括至少一个真空压力机构(136)，以向所述液体贮存器(108)提供负压力。

4.根据权利要求3所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，所述中间室(114)还包括至少一个负压力定向控制阀(140)，所述至少一个负压力定向控制阀(140)连接在所述真空压力机构(136)和所述液体贮存器(108)之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于分配微体积液体的装置，其中，在所述正压力定向控制阀(124)和所述液体贮存器(108)之间的至少一个第一输送导管(126)的体积小于2ml。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于分配微体积液体的装置，其中，在所述脉冲压力定向控制阀(128)和所述压力单元(116)之间的至少一个第二输送导管(132)的体积小于1ml。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，在所述负压力定向控制阀(138)和所述液体贮存器(108)之间的至少一个第三输送导管(140)的体积小于2ml。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，至少一个第一液体贮存器(142)连接在所述正压力机构(112)和所述正压力定向控制阀(124)之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，至少一个第二液体贮存器(144)连接在所述脉冲压力机构(130)和所述脉冲压力定向控制阀(128)之间。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，至少一个第三液体贮存器(148)连接在所述真空压力机构(136)和所述负压力定向控制阀(138)之间。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，所述正压力定向控制阀(124)、所述脉冲压力定向控制阀(128)和负压力定向控制阀(138)中的每一个是电磁阀、压电阀或类似阀。

12.根据前述权利要求中任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，所述圆柱形管(120)的长度为10mm至15mm。

13.根据前述权利要求中任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，在所述液体贮存器(108)的输出处引入流体压力传感器(150)，形成闭环的压力控制，其中，流体压力测量的数据被反馈到所述控制单元(134)，以供所述控制单元(134)控制所述正压力机构(112)和所述正压力定向控制阀(124)，确保维持由所述流体压力传感器(150)测量的压力。

14.根据前述权利要求中任一项所述的用于分配微体积液体的装置(1)，其中，所述正压力机构(112)和所述脉冲压力机构(130)由至少一个压力调节器调节。

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