CN117753491A - 一种加液喷头及加液装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及试剂加液装置技术领域，具体涉及一种加液喷头，包括喷头主体以及具有弹性形变能力的弹性体，所述喷头主体包括储液腔、液路以及气路；所述储液腔具有用于向储液腔内注入液体的进液孔；所述液路与储液腔连通并具有至少一输出液体的出液端；所述气路包括进气端和出气端，所述弹性体至少部分设于气路的出气端和液路之间以隔离气路和液路；本发明可适用于高频加液，而且能够防止气体与试剂接触污染试剂。

Description

一种加液喷头及加液装置

技术领域

本发明涉及试剂加液装置技术领域，具体涉及一种加液喷头及加液装置。

背景技术

在各类化学、生物等实验、测试中，比如DNA提取，DNA合成，DNA文库构建，对生物试剂分液、实验样品分液和加液是最为普遍操作，加液和分液持续整个实验和测试过程。

随着检测分析技术的成熟，成本的控制的要求，每个反应1-2微升，甚至纳升的加液体积，更高加液密度，比如384孔板甚至1536孔板，更高的加液频率，来满足测试和实验日益精密化的要求。

但是加液工作站的加液装置，还停留96孔板间距，5微升以上的加液水平。

原有的加液技术，主要是通过滴管加液，利用电机或气动马达压缩气体体积，压缩的气体直接推动滴管内液体移动，实现加液，这种加液方式，由于电机或气动马达机构推动体积较大，很难提高加液密度，而且电机或气动马达机构结构复杂，很难提高加液频率；另外，电机或气动马达机构推动体积较大很难满足微升级定量精度；最后，电机或气动马达机构推动滴管内的气体，气体和试剂有接触，很难避免污染，因此仍有待改进。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种加液喷头及加液装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种加液喷头，包括喷头主体以及具有弹性形变能力的弹性体，所述喷头主体包括储液腔、液路以及气路；所述储液腔具有用于向储液腔内注入液体的进液孔；所述液路与储液腔连通并具有至少一输出液体的出液端；所述气路包括进气端和出气端，所述弹性体至少部分设于气路的出气端和液路之间以隔离气路和液路。

作为一种可选的实施方式，所述喷头主体还包括气腔，所述气路的出气端连通气腔；所述气腔朝向液路的一侧敞口形成敞口侧，所述敞口侧连通液路；所述弹性体包括弹性膜；且所述弹性膜覆盖在气腔的敞口侧以对敞口侧实现封堵。

作为一种可选的实施方式，所述弹性膜采用如下的一种：PTFE聚四氟乙烯、TPU聚氨酯膜、PE聚乙烯膜，硅橡胶膜。

作为一种可选的实施方式，所述喷头主体包括基部和腔盖，所述气腔设于腔盖中；所述液路设于基部中，且所述液路侧方形成有槽口；组装状态下，所述腔盖连接在基部上，且所述弹性膜通过腔盖压紧在槽口和气腔的敞口侧之间。

作为一种可选的实施方式，所述基部包括基体和端盖；所述端盖盖合在基体上以使基体和端盖之间合围形成储液腔；所述进液孔和气路的进气端位于端盖上。

作为一种可选的实施方式，所述液路和气路均沿储液腔的高度方向设置；所述液路位于储液腔的底部，所述气路位于储液腔的侧方；所述端盖和基体之间嵌有密封垫。

作为一种可选的实施方式，所述喷头主体还包括连通储液腔和外界环境的透气孔，所述透气孔中塞有防水透气柱；或者，所述进液孔中塞有防水透气柱。

作为一种可选的实施方式，所述进液孔连接有液管；和/或所述液路的出液端连接有喷嘴。

作为一种可选的实施方式，所述喷头主体还包括气腔，所述气路的出气端与气腔连通；所述弹性体为管状的弹性管，所述液路至少部分由所述弹性管构成，且所述弹性管位于气腔中。

本发明还提供一种加液装置，包括一个或多个上述的一种加液喷头；所述气路的进气端连接有气管，所述气管外接三通电磁阀连接，所述三通电磁阀一路连通正压气源，另一路连通负压气源或者连通环境的1个大气压环境。

较之现有技术，采用本方案的优点在于：

本发明所提供的挤压喷头，其相当于是主要依靠气压推动弹性体形变进而由形变的弹性体推动液路中的液体（即试剂，为了方便理解，以下将其统称为试剂）从出液端定量输出的。具体而言：

正常状态下，即未加液前，试剂是加注到储液腔内的，在试剂的表面张力，以及试剂与液路的内周壁之间的表面摩擦力的作用下，试剂基本上是保持在液路中，不会从液路的出液端流出。

当需要加液时，向气路中施加正压气体，正压气体推动弹性体快速朝向液路变形（可以理解的是，其变形量和正压气体的所施加的正压压力成正比）；如此向液路变形的弹性体会挤压推动液路内的试剂，试剂受到弹性体的推力，液路中的一部分试剂向上运动（即向储液腔中运动），由于储液腔体积较大，因而向上运动试剂逐渐失去动力而停止；此外，一部分试剂向下运动，最终从液路的出液端输出实现加液。

停止加液时，向气路施加负压气体或者直接接通外界环境，此时弹性体会瞬间复位，弹性体在复位过程中，会带动液路中的试剂向靠近弹性体一侧运动，从而使得储液腔内的试剂快速向下填充液路，回复至正常状态，以待下次加液操作。

可见，本发明采用弹性体配合气压驱动的方式实现加液，其相较之现有的电机或马达等方式加液而言，其优势主要在于：

首先，本发明中，最终所需要的加液体积完全取决于弹性体的形变量，在压力（即气压）一定的条件下，弹性体的材料寿命一般在百万次甚至千万次级别，因此在加液过程中，可以认为弹性体的材料没有变化，因此，只要每次所施加的气压一致情况下，弹性体的压力变形也会基本是一致的，因而保证每次加液体积基本保持相同。

其次，本发明加液体积在同一体积上微量可调，用正负压力气体做动力源，改变正负气源压力差，在同一量级加液体积，可以微调。比如10纳升级别，通过调整正负气源的压差，方便进行加液5-50纳升体积调整。

再者，本发明所提供的加液装置，用电磁阀配合气压驱动的方式做为加液装置控制开关，加液频率容易达到50~500Hz，甚至1000Hz，实现高频加液。

而传统的利用电机或马达直接驱动加液，或者直接利用电磁液阀控制试剂液路的通断进行加液的方式，难比实现如此的高频加液，主要原因在于，首先，传统的电机或马达加液方式中，机械运动时间和机构阻尼导致频率很难超过5Hz；而用电磁液阀做为加液装置开关，在电磁阀关闭瞬间，阀内液体阻尼导致阀门关闭不严，因此工作频率一般20Hz左右。而本方案中，所采用的电磁阀相当于是电磁气阀，电磁气阀在关闭前，阀内气体压力是一致的，没有关闭阻力，而在关闭后承受正压或负压，因此频率可以更高。

最后，液路和气路是通过弹性体相隔开的，如此在通入气体加液时，气体只会作用于弹性体，而不会与液路中的试剂接触，从而减小对试剂温度污染。而且利用弹性体的形变推动液路中试剂进行加液，如此加液路径（即液路的长度）可以设计的较短。

附图说明

图1为本发明实施例1的爆炸图；

图2为本发明实施例1的组装状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例1的内部结构示意图；

图4为本发明实施例2的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

请参阅图1-4所示，本实施例提供一种加液喷头，主要用于试剂的加液、分液等。

本实施例所提供的加液喷头主要包括喷头主体和弹性体，喷头主体主要包括基体1、端盖2、腔盖3等。

其中弹性体具有弹性形变能力，即其在受力时能够发生形变，例如，如图1所示，本实施例中弹性体采用的是膜片结构的弹性膜5，具体而言，弹性膜5采用弹性较好的如PTFE聚四氟乙烯， TPU聚氨酯膜，PE聚乙烯膜，硅橡胶膜中的一种，主要考虑试剂的兼容性和弹性性能。

本实施例中，结合图3所示，喷头主体内设有储液腔11、液路12以及气路13；其中储液腔11主要用于储放待分液或加液的试剂；其中，储液腔11的顶部具有用于向储液腔11内注入液体的进液孔21；使用前，可以通过进液孔21将待加液的试剂加入储液腔11内。

当然，也可以在进液孔21中插设与储液腔11连通的液管211，利用液管211将试剂注入储液腔11中。

液路12主要作为试剂的输出通道，本实施例中，液路12呈直线型，且所述液路12沿储液腔11高度方向设置，液路12上端与储液腔11底部连通，下端贯穿喷头主体的下壁构成输出试剂的出液端；优选是，在喷头主体的下部设置连通液路12出液端的喷嘴4，如此液路12出液端输出的试剂最终由喷嘴4加速喷出。

气路13主要作为气源的通路，气路13主要包括进气端和出气端，本实施例中，如图3所示，气路13的上端为进气端，下端为出气端，气路13设于储液腔11侧方；

所述弹性体至少部分设于气路13的出气端和液路12之间以隔离气路13和液路12，例如以弹性膜5为例，本实施例中：

结合图1和图3所示，所述喷头主体内还设有气腔31，所述气路13的出气端连通气腔31；如图1所示，所述气腔31朝向液路12的一侧敞口形成敞口侧，在拆除弹性膜5的状态下，气腔通过所述敞口侧连通液路12；本实施例中，如图3所示，所述弹性膜5覆盖在气腔31的敞口侧以对敞口侧实现封堵，从而通过弹性膜5隔断液路12与气腔31，进而实现气路13与液路12的相隔离。

正常状态下，即未加液前，试剂是加注到储液腔11内的，在试剂的表面张力、试剂与液路12的内周壁之间的表面摩擦力，以及试剂与喷嘴4内壁之间的表面摩擦力的作用下，试剂基本上是保持在液路12中，不会从液路12的喷嘴4流出，从而处于一种待加液的状态。

当需要加液时，从气路13的进气端向气路13中施加正压气体，正压气体推动弹性膜5快速朝向液路12变形，以图2所述视角为例，可认为是气体推动弹性膜5向左变形，如此弹性膜5便会挤压推动液路12内的试剂，试剂受到弹性体的推力，液路12中的一部分试剂向上运动，由于储液腔11体积较大，因而向上运动试剂逐渐失去动力而停止；此外，另一部分试剂沿液路12向下运动，最终依次经从液路12的出液端和喷嘴4输出，实现加液。可以理解的是，弹性膜5的变形量和正压气体的所施加的正压压力成正比关系。

停止加液时，向气路13施加负压气体或者直接接通外界环境，此时弹性体会瞬间复位，即向右复位，弹性体在复位过程中，会带动液路12中的试剂向靠近弹性体一侧运动（即向右运动，类似于将试剂向右抽吸），从而使得储液腔11内的试剂快速向下填充液路12，回复至正常状态，以待下次加液操作。

本实施例中，喷头主体的具体构造为：

所述喷头主体包括基部和腔盖3，基部包括基体1和端盖2；所述气腔31设于腔盖3中；如图1所示，腔盖3朝向基体1的侧面形成一开口构成气腔31的敞口侧。

如图3所示，所述液路12、气路13、储液腔11均设于基体1中；并且所述液路12侧方形成有贯穿基体1侧壁的槽口121；所述腔盖3采用热焊接或者螺钉固定的方式连接在基部上，以形成组装状态，在此状态下，如图3所示，所述弹性膜5通过腔盖3压紧在槽口121和气腔31的敞口侧之间，如此便通过弹性膜5隔离槽口121和气腔31，进而实现液路12和气路13的相隔离。

另外，腔盖3的顶部设有连通气腔31的通孔32，组装状态下，通孔32与气路13的出气端相连通，如此在加液时，气路13出气端输出的正压由通孔32进入气腔31，进而向左推动弹性膜5形变，实现前述的加液过程。

所述端盖2以螺钉连接或者热焊接等方式盖合在基体1顶部，二者在相组装的状态下，如图3所示，基体1和端盖2之间合围形成形成前述的储液腔11；所述进液孔21和气路13的进气端位于端盖2上，具体而言，在端盖2的顶部设有进气孔22，由进气孔22构成气路13的进气端；还可以在进气孔上设有气管221，工作时，气源由气管221通入气路13。

另外，为了提高储液腔11、进气孔22位置的密封性，本实施例中，所述端盖2和基体1之间嵌有密封垫6，密封垫6具有两孔，如图1所示，两孔分别为孔61和孔62，孔61对应储液腔11，孔62对应进气孔22。通过端盖2将密封垫6压紧在基体1的顶部。

此外，本实施例中，如图1和图3所示，所述喷头主体还包括连通储液腔11和外界环境的透气孔23，例如本实施例中，透气孔23设于端盖2上并在储液腔11的上方竖向贯穿端盖2；所述透气孔23中塞有防水透气柱231，其中防水透气柱231主要起到平衡储液腔11内的气压和外界环境气压的作用，例如，当储液腔11内气压过大时，多出的气压可以由防水透气柱向外释放。其中防水透气柱优选采用高密度聚乙烯弹性体。

当然，在其他可选的实施方式中，还可以是直接以进液孔21作为透气孔使用，在完成储液腔11内的液体添加后，利用防水透气柱231塞住进液孔21即可，如此无需额外开设透气孔。

实施例2

本实施例在实施例的基础上进一步提供一种加液喷头，本实施例与实施例1的区别在于，二者所采用的弹性体不同，本实施例中，如图4所示，弹性体采用管状结构的弹性管7，其材质如实施例1中的弹性膜5材质；具体的：

本实施例中，所述喷头主体也设置气腔31，气路13横向设置，所述气路13的出气端与气腔31连通；所述弹性体为管状的弹性管7，所述液路12至少部分由所述弹性管7构成，且所述弹性管7位于气腔31中。

如此，在未加液前，试剂是位于液路12中的，即部分试剂是位于弹性管7内的，如此当向气腔31内通入正压时，弹性管7会收缩变形，从而挤压其内部的试剂，使试剂最终从喷嘴4喷出；其原理可参照实施例1。

实施例3

结合图1-4所示，本实施例提供一种加液装置，包括一个或多个加液喷头，其中加液喷头采用实施例1和/或实施例2中所述的加液喷头。

其中，所述气路13的进气端连接有气管221，所述气管221外接两位三通电磁阀（图中未示出）连接，所述三通电磁阀（以下简称电磁阀）一路连通正压气源，另一路连通负压气源或者连通环境的1个大气压环境。以另一路连接负压气源为例：

加液时，电磁阀连接正压气源的一路开启，连接负压气源的一路关闭，正压气体进入气路13最终推动弹性体形变，以推动液路12中的试剂从喷嘴4输出实现加液。

加液完成后，电磁阀连接正压气源的一路关闭，连接负压气源的一路开启；如此弹性膜5在负压作用以及自身弹性力下开始复位，进而使储液腔11内的试剂重新填满液路12，以待下次加液。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种加液喷头，其特征在于，包括喷头主体以及具有弹性形变能力的弹性体，所述喷头主体包括储液腔、液路以及气路；所述储液腔具有用于向储液腔内注入液体的进液孔；所述液路与储液腔连通并具有至少一输出液体的出液端；所述气路包括进气端和出气端，所述弹性体至少部分设于气路的出气端和液路之间以隔离气路和液路。

2.根据权利要求1所述的一种加液喷头，其特征在于，所述喷头主体还包括气腔，所述气路的出气端连通气腔；所述气腔朝向液路的一侧敞口形成敞口侧，所述敞口侧连通液路；所述弹性体包括弹性膜；且所述弹性膜覆盖在气腔的敞口侧以对敞口侧实现封堵。

3.根据权利要求2所述的一种加液喷头，其特征在于，所述弹性膜采用如下的一种：PTFE聚四氟乙烯、TPU聚氨酯膜、PE聚乙烯膜，硅橡胶膜。

4.根据权利要求2所述的一种加液喷头，其特征在于，所述喷头主体包括基部和腔盖，所述气腔设于腔盖中；所述液路设于基部中，且所述液路侧方形成有槽口；组装状态下，所述腔盖连接在基部上，且所述弹性膜通过腔盖压紧在槽口和气腔的敞口侧之间。

5.根据权利要求4所述的一种加液喷头，其特征在于，所述基部包括基体和端盖；所述端盖盖合在基体上以使基体和端盖之间合围形成储液腔；所述进液孔和气路的进气端位于端盖上。

6.根据权利要求5所述的一种加液喷头，其特征在于，所述液路和气路均沿储液腔的高度方向设置；所述液路位于储液腔的底部，所述气路位于储液腔的侧方；所述端盖和基体之间嵌有密封垫。

7.根据权利要求1所述的一种加液喷头，其特征在于，所述喷头主体还包括连通储液腔和外界环境的透气孔，所述透气孔中塞有防水透气柱；或者，所述进液孔中塞有防水透气柱。

8.根据权利要求1所述的一种加液喷头，其特征在于，所述进液孔连接有液管；和/或所述液路的出液端连接有喷嘴。

9.根据权利要求1所述的一种加液喷头，其特征在于，所述喷头主体还包括气腔，所述气路的出气端与气腔连通；所述弹性体为管状的弹性管，所述液路至少部分由所述弹性管构成，且所述弹性管位于气腔中。

10.一种加液装置，其特征在于，包括一个或多个如权利要求1-9任一项所述的一种加液喷头；所述气路的进气端连接有气管，所述气管外接三通电磁阀连接，所述三通电磁阀一路连通正压气源，另一路连通负压气源或者连通环境的1个大气压环境。