CN118253359A - 吐液枪头、微液滴生成装置及生成方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种吐液枪头、微液滴生成装置及生成方法，涉及微量液体的量取、分配技术领域，用于生成微液滴，包括具有中空腔体的针梗及设置于针梗一端的出口端；吐液枪头的出口端端面的法线与针梗的延伸方向之间的夹角大于0°并且小于等于90°。由于吐液枪头的出口端端面的法线与针梗的延伸方向之间形成大于0°并且小于等于90°的夹角，因此在吐液枪头沿管道主体的延伸方向振动时，微液滴从吐液枪头的出口端掉落后，在第二液体粘滞力及吐液枪头的出口端端面的挤压作用下可远离出口端的运动轨迹，避免了微液滴被出口端打破，保持已生成微液滴的完整性，同时允许吐液枪头沿管道主体的延伸方向快速振动以快速生成微液滴。

Description

吐液枪头、微液滴生成装置及生成方法

技术领域

本发明涉及微量液体的量取、分配技术领域，特别是涉及一种吐液枪头、微液滴生成装置及生成方法。

背景技术

目前在医学临床检验、纳米材料制备、食品及环境检测、生化分析等应用领域都有着对微量液体精确操作的广泛需求。微量液体操作的核心技术之一是把微升量级的液体进一步分割为纳升甚至皮升体积的微反应体系。微反应体系生成的一个主要技术分支是乳化微液滴生成。

近些年来，在文献中报道了多种微液滴生成技术，如膜乳化法、喷雾乳化法、微流控芯片法、吐液枪头注射/喷射法等。其中，吐液枪头注射/喷射法作为最新的微液滴生成技术，在微液滴的生成方面及耗材成本控制方面均具有良好的应用前景。传统的吐液枪头一般呈直管状。吐液枪头沿自身的延伸方向靠近出口端的一端快速运动时，会打破已生成的微液滴。为了保持生成的微液滴的完整性，须降低吐液枪头的振动频率，导致微液滴的生成速率降低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的吐液枪头不能兼顾所生成微液滴的完整性及微液滴的生成速率的问题，提供一种能兼顾所生成微液滴的完整性及微液滴的生成速率的吐液枪头、微液滴生成装置及生成方法。

一种吐液枪头，用于生成微液滴，包括具有中空腔体的针梗及设置于所述针梗一端的出口端；所述吐液枪头的出口端端面的法线与所述针梗的延伸方向之间的夹角大于0°并且小于等于90°。

一种微液滴生成装置，包括流体驱动机构、运动控制机构及所述吐液枪头；所述吐液枪头的内部储存有第一液体，所述吐液枪头具有出口端及入口端；所述流体驱动机构与所述吐液枪头的入口端连接，用于将储存在所述吐液枪头内部的第一液体从所述吐液枪头的出口端排出；所述运动控制机构用于控制所述吐液枪头的出口端在第二液体的液面下产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的运动，以使排出所述吐液枪头的出口端的第一液体克服表面张力及附着力在第二液体内形成微液滴。

一种微液滴生成方法，采用所述吐液枪头，所述吐液枪头内储存有第一液体，提供储存有第二液体的微液滴容器；控制第一液体从所述吐液枪头的出口端匀速排出；控制所述吐液枪头的出口端在第二液体的液面下产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的运动；第一液体与第二液体为任意互不相溶的两种液体或具有界面反应的两种液体。

上述吐液枪头、微液滴生成装置及生成方法中，由于吐液枪头的出口端端面的法线与针梗的延伸方向之间形成大于0°并且小于等于90°的夹角，因此在吐液枪头沿管道主体的延伸方向振动时，微液滴从吐液枪头的出口端掉落后，在第二液体粘滞力及吐液枪头的出口端端面的挤压作用下可远离出口端的运动轨迹，避免了微液滴被出口端打破，保持了已生成微液滴的完整性，同时允许吐液枪头沿管道主体的延伸方向快速振动以快速生成微液滴。

附图说明

图1为本发明提供的数字PCR检测仪的整体结构示意图。

图2为本发明提供的数字PCR检测仪的微液滴生成装置。

图3为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端运动时液滴的受力示意图。

图4为本发明一实施例提供的液滴随吐液枪头的出口端运动时理想情况下粘滞阻力变化示意图。

图5为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端两个运动周期生成一个微液滴的过程示意图。

图6为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端一个运动周期生成一个微液滴的过程示意图。

图7为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端一个运动周期生成两个微液滴的过程示意图。

图8为本发明一实施例提供的吐液枪头摆动时微液滴的生成过程示意图。

图9为本发明一实施例提供的第二液体的粘度变化时微液滴的生成过程示意图。

图10为本发明一实施例提供的更换吐液枪头时微液滴的生成过程示意图。

图11为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端在不同的运动轨迹下微液滴的生成过程示意图。

图12为本发明另一实施例提供的吐液枪头的出口端速度变化示意图。

图13为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端结构示意图。

图14为本发明另一实施例提供的吐液枪头的出口端结构示意图。

图15为本发明一实施例提供的吐液枪头结构示意图。

图16为本发明另一实施例提供的吐液枪头结构示意图。

图17为本发明一实施例提供的斜切结构吐液枪头生成微液滴的过程示意图。

图18为本发明另一实施例提供的斜切结构吐液枪头生成微液滴的过程示意图。

图19为本发明一实施例提供的弯折结构吐液枪头生成微液滴的过程示意图。

图20为本发明另一实施例提供的弯折结构吐液枪头生成微液滴的过程示意图。

附图标记：1-数字PCR检测仪；10-微液滴生成装置；20-温控装置；30-荧光信号检测装置；40-定量分析装置；50-控制器；110-吐液枪头；111-入口端；112-出口端；113-针梗；114-针栓；115-储液槽；116-卡槽；195-液滴；199-微液滴；120-流体驱动机构130-运动控制机构；170-第一控制器；60-微液滴容器；699-第二液体；f1-浮力；f2-粘滞阻力；f3-最大附着力；G-重力。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。

请参见图1，本发明提供一种数字PCR检测仪1，所述数字PCR检测仪1包括：微液滴生成装置10、温控装置20、荧光信号检测装置30、定量分析装置40以及控制器50。所述微液滴生成装置10用以将核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴。所述温控装置20与所述微液滴生成装置10通过轨道连接，用以将所述多个微液滴转移至所述温控装置20，进行温度循环，实现核酸扩增。所述荧光信号检测装置30与所述温控装置20相对设置，用以对核酸扩增后的所述多个微液滴进行拍照检测。所述定量分析装置40与所述荧光信号检测装置30通过数据线连接，用以实现所述多个微液滴荧光信息的传输，进行定量分析。所述控制器50分别与所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、荧光信号检测装置30以及定量分析装置40连接，用以控制所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、荧光信号检测装置30以及定量分析装置40。

所述数字PCR检测仪1可以将所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、所述荧光信号检测装置30以及所述定量分析装置40集成化，从而使得操作人员可以实现自动化操作。所述数字PCR检测仪1具有较高的工作效率。

所述数字PCR检测仪1在工作时，所述微液滴生成装置10可以将所述待测核酸扩增反应液进行微滴化，从而形成多个微液滴。所述温控装置20可以对所述多个微液滴进行核酸扩增。所述荧光信号检测装置30实时拍测所述多个微液滴的荧光变化图片。通过所述多个微液滴的荧光变化图片，可以获取所述多个微液滴的荧光变化曲线。根据所述荧光变化曲线，可以获取所述多个微液滴的Ct值，并通过Ct值与起始拷贝数的关系对初始DNA的浓度进行定量分析。其中，Ct值是指每个微液滴的荧光信号达到设定的阈值时所经历的循环数。

所述温控装置20对所述多个微液滴进行核酸扩增反应，并通过所述荧光信号检测装置30采集核酸扩增反应后的所述多个微液滴的产物信号，如荧光、紫外吸收、浊度等信号。利用所述多个扩增与非扩增微液滴在组成上的差异，对获得目标序列扩增的液滴数量进行分析，最终实现对核酸分子的定量分析。通过实时监测所述多个微液滴的荧光变化图片，检测结果具有直接性，可以解决所述多个微液滴中的假阳性和假阴性的问题。

所述数字PCR检测仪1将所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、所述荧光信号检测装置30以及所述定量分析装置40集成化，使得所述操作人员可以实现自动化操作，不进提高了工作效率，还具有反应快速、重复性好、灵敏度高、特异性强和结果清晰的优点。

目前医学临床检验、纳米材料制备、食品及环境检测、生化分析等应用领域都对微量液体精确操作具有广泛需求。微量液体操作的核心技术之一是把微升量级的液体进一步分割为纳升甚至皮升体积的液滴，作为微反应体系。微反应体系生成的一个主要技术分支是乳化微液滴生成。

请参见图2，在一个实施例中，所述微液滴生成装置10包括吐液枪头110、流体驱动机构120、运动控制机构130以及第一控制器170。所述吐液枪头110具有出口端及入口端，并用于储存第一液体。微液滴生成装置10可以与微液滴容器配合使用。所述微液滴容器中储存有第二液体，所述吐液枪头110的出口端插入所述第二液体的液面下。

所述第一液体与所述第二液体之间互不相溶或具有界面反应。第一液体和第二液体可以为任意不互溶的两种液体，在本发明的一个实施例中，所述第一液体为水溶液，所述第二液体为与水不互溶的油性液体，如矿物油(包括正十四烷等)、植物油、硅油和全氟烷烃油等，生成的液滴为水溶液液滴。或者，所述第一液体为矿物油，如十四烷和正己烷等有机相，所述第二液体为与矿物油不互溶的全氟烷烃油。所述第一液体和第二液体可以为不互溶的双水相，在本发明的另一个实施例中，所述第一液体为水溶液，所述第二液体为与水不互溶的水性液体，如第一液体为右旋糖酐溶液，第二液体为聚乙二醇(PEG)水溶液，生成的液滴为右旋糖酐溶液液滴。

所述第一液体和第二液体也可以为具有界面反应的两种液体，在本发明的一个实施例中，所述第一液体为海藻酸纳水溶液，所述第二液体为氧化钙水溶液，如质量浓度为1％的氧化钙水溶液，两者存在界面反应，生成的液滴为海藻酸钙凝胶微球。本申请还可以通过更换吐液枪头或吐液枪头内流出第一液体的组分，顺次在开口容器中形成多个不同组分和体积的液滴，既可以用于实现大批量的微体积高通量筛选，也可以实现多步骤的超微量生化反应和检测，具有广阔的应用前景。

所述流体驱动机构120与所述吐液枪头110的入口端连接，用于将储存在所述吐液枪头110内部的所述第一液体从所述吐液枪头110的出口端排出。所述运动控制机构130用于控制所述吐液枪头110的出口端与所述第二液体之间产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的相对运动，以使排出所述吐液枪头110的出口端的第一液体克服表面张力及所述吐液枪头110对其的附着力形成微液滴。所述第一控制器170分别与所述流体驱动机构120以及所述运动控制机构130连接，用以控制所述流体驱动机构120以及所述运动控制机构130协调工作。

在本发明一实施例中，在运动控制机构130的带动下，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下做速度大小呈周期变化的运动，在速度大小变化的前半周期与后半周期内，吐液枪头110的出口端112的速度大小均单调变化。单调变化指，在速度大小变化的前半周期或后半周期内，吐液枪头110的出口端112的在后时刻的速度值总是大于等于或者小于等于在前时刻的速度值。例如，在速度大小变化的前半周期内，吐液枪头110的出口端112的速度大小持续增加或部分段持续增加而部分段不变。相应的，在速度大小变化的后半周期内，吐液枪头110的出口端112的速度大小持续减小或部分段持续减小而部分段不变。第一液体从吐液枪头110的出口端112排出后形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195。液滴195在吐液枪头110的出口端112运动速度达到一定大小时脱离吐液枪头110的出口端112形成微液滴199。如图3所示，微液滴199在脱离吐液枪头110的出口端112之前的所受到的作用力分别为重力G、第二液体699的浮力f1、第二液体699的粘滞阻力f2以及吐液枪头110的出口端112与液滴195之间的最大附着力f3。微液滴199在脱离吐液枪头110的出口端112之前的质量为m、速度为v、加速度为a2。液滴195在第二液体699的运动过程中受粘滞力f2、重力G、浮力f1及附着力f3的共同作用，即液滴195脱离吐液枪头110的出口端112(即生成一个微液滴199)的条件为。

吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3与吐液枪头110的表面自由能、液滴195的表面张力以及吐液枪头110的几何尺寸有关。将附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195简化为球状。由斯托克斯(Stokes)公式可知，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2＝6πηrv，其中η为第二液体699的粘滞系数，r为液滴195的半径，v为液滴195的运动速度。在微液滴199生成的过程中，一般液滴195的直径范围在皮升至微升的数量级，而第二液体699的粘滞系数一般比较大。故，一般有且因此，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做变速周期运动过程中，液滴195脱离吐液枪头110的出口端112(即生成一个微液滴199)的条件近似为。

基于此，本发明提供一种微液滴生成方法，包括以下步骤：

S211，提供具有出口端112的吐液枪头110，吐液枪头110内储存有第一液体；提供储存有第二液体699的微液滴容器60，微液滴容器60具有开口；第一液体与第二液体699为任意互不相溶的两种液体或具有界面反应的两种液体；

S212，吐液枪头110的出口端112由微液滴容器60的开口插入第二液体699的液面下；

S213，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做速度大小呈周期变化的运动，在速度大小变化的前半周期与后半周期内，吐液枪头110的出口端112的速度大小均单调变化，同时第一液体由吐液枪头110的出口端112匀速排出，排出吐液枪头110的出口端112的第一液体形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195，液滴195在吐液枪头110的出口端112的运动过程中脱离吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下形成微液滴199。

上述微液滴生成方法，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做速度大小呈周期变化的运动，在速度大小变化的前半周期与后半周期内，吐液枪头110的出口端112的速度大小均单调变化。运动过程中，第二液体699对液滴195的粘滞力f2随着吐液枪头110的出口端112速度大小的周期变化也呈现出周期变化。当吐液枪头110的出口端112与液滴195之间的最大附着力f3小于第二液体699对液滴195的粘滞力f2时，液滴195不能与吐液枪头110的出口端112同步运动，进而附着在所述吐液枪头110的出口端112的液滴195脱离所述吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下形成微液滴199。本发明所提供的微液滴生成方法，所述吐液枪头110的出口端112在第二液体699的液面下做变速周期运动以产生微液滴199，减小了所述吐液枪头110的出口端112运动时对第二液体699造成的扰动，保证了微液滴199生成过程的稳定性。

在本实施例中，在步骤S213中，第一液体由吐液枪头110的出口端112连续排出。进一步，在步骤S213中，第一液体由吐液枪头110的出口端112以恒定的流速排出，意即在相等的时间间隔内，排出吐液枪头110的出口端112的第一液体体积总是相等的。第一液体由吐液枪头110的出口端112以恒定的流速排出，有利于通过控制吐液枪头110的出口端112的周期性运动实现生成体积大小一致的微液滴199。

影响液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2的因素中，液滴195的运动速度v比较容易控制。在脱离吐液枪头110的出口端112而形成微液滴199之前，液滴195与吐液枪头110的出口端112保持同步运动。因此，液滴195的运动速度v可以通过控制吐液枪头110的出口端112的运动速度实现精确控制。控制第一液体以均匀的流速排出吐液枪头110的出口端112，液滴195半径的大小r在固定的时间间隔内也呈现出周期性的变化。影响液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2的因素中，第二液体699的粘滞系数η会在使用过程中在一定范围内变化，但第二液体699的粘滞系数η的变化范围很小。

在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的表面自由能、吐液枪头110的几何尺寸及液滴195的表面张力作为影响吐液枪头110的出口端112与液滴195之间最大附着力f3的两个因素是确定的。因此，在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3是固定的。当使用多个吐液枪头110同时或者顺次生成微液滴199时，吐液枪头110的表面自由能及吐液枪头110的几何尺寸作为影响吐液枪头110的出口端112与液滴195之间最大附着力f3的两个因素是变化的。但批量加工能够控制吐液枪头110的表面自由能及吐液枪头110的几何尺寸在一定的区间内变化。液滴195的表面张力作为影响吐液枪头110的出口端112与液滴195之间最大附着力f3的另一个因素也只是在很小的范围内变化。吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3只在很小的区间内波动。

因此，只需控制液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2大于吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3的区间值即可。由于在同一批次生成微液滴199的过程中，液滴195半径的大小r应是固定的。一旦实验参数确定，液滴195半径的大小r也就随之确定。吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下的运动速度是变化的。当吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下的运动速度满足v＞f3/6πηr时，液滴195从吐液枪头110的出口端112脱离形成微液滴199。

吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做速度大小周期变化的运动。控制第一液体以均匀的流速从吐液枪头110的出口端112排出，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积也是均匀增大的。将第一个微液滴199从吐液枪头110的出口端112掉落时，微液滴199的半径称为临界半径，微液滴199的速度成为临界速度。调整吐液枪头110的出口端112的运动周期及第一液体排出吐液枪头110的出口端112的流速，以使经过相同的时间间隔(吐液枪头110的出口端112运动周期的倍数)后，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195同时达到临界半径及临界速度，新的微液滴199形成。由于第一液体是以均匀的流速排出吐液枪头110的出口端112，所生成的微液滴199的体积大小相同。

作为一种可实现的形式，在步骤S213中，在一个速度大小变化周期内，吐液枪头110的出口端112的速度大小以中间时刻点为中点呈中心对称。进一步，在步骤S213中，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下的加速度、速度及运动轨迹均呈周期性变化。更进一步，在步骤S213中，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下的速度大小呈余弦曲线变化。

可选的，在步骤S213中，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下的运动轨迹包括直线段、圆弧段、多边形等多种轨迹中的一种或多种的组合。在步骤S213中，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下周期运动的频率介于0.1赫兹与200赫兹之间，在工程上容易实现。

以吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做轨迹为圆弧、速度呈余弦变化的周期运动为例，此时吐液枪头110的出口端112实际上做摆动运动，运动位移可以用正弦曲线表示，如图4中曲线a所示。在流体控制机构的驱动下，第一液体以均匀的流速从吐液枪头110的出口端112排出。假设液滴195不脱离吐液枪头110的出口端112。通过计算，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f粘随时间变化如图4中曲线b所示。第一液体以均匀的流速从吐液枪头110的出口端112排出的初始阶段，随着液滴195体积的增大，液滴195的半径r也明显增大。随着液滴195半径r的不断增大，液滴195体积的匀速增大只能引起液滴195半径r的缓慢增大。因此，吐液枪头110的出口端112的前几个摆动周期内，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2的最大值迅速增加，而后逐渐趋于缓慢增加。如图4所示，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2也呈现出与吐液枪头110的出口端112的周期运动相似的周期性，即液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2随吐液枪头110的出口端112的速度变化而变化。在实际工况中，当液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2增大并大于吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3时，液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落形成微液滴199。

在本发明一实施例中，如图5所示，控制吐液枪头110的出口端112做轨迹为圆弧、位移呈正弦变化的摆动。在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3是固定的。随着附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r不断增大，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2也不断增大。液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2大于吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3的瞬间，液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落形成微液滴199，图5中为液滴Ⅰ。进入下一轮微液滴199的生成循环中。

在本实施例中，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3＝1.8×10-4N，吐液枪头110的出口端112的摆动频率是50赫兹。在吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动的第二个周期末尾生成第一个微液滴199，图5中为液滴I。在生成第二个微液滴199的初始阶段，虽然吐液枪头110的出口端112的运动速度有所减小，但由于附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r增加较快，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2并没有立刻下降反而呈现出小范围的增加。此后，液滴195半径r缓慢增加，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2主要随吐液枪头110的出口端112的运动速度变化而变化。

当控制第一液体以均匀流速排出吐液枪头110的出口端112时，吐液枪头110的出口端112在生成上一个微液滴199后的两个运动周期的时刻又生成与上一个微液滴199等体积的新的液滴195，图5中为液滴II。且此时吐液枪头110的出口端112的运动速度也与两个运动周期之前相同。与上一个微液滴199等体积的新的液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落。第一液体的匀速排出及吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动共同保证了生成微液滴199的体积大小均一性。

在本发明一实施例中，如图6所示，控制吐液枪头110的出口端112做轨迹为圆弧、位移呈正弦变化的摆动。在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3是固定的。随着附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r不断增大，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2也不断增大。液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2大于吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3的瞬间，液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落形成微液滴199。进入下一轮微液滴199的生成循环中。

在本实施例中，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3＝1.5×10-4N，吐液枪头110的出口端112的摆动频率是50赫兹。在吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动的第一个周期末尾生成第一个微液滴199，图6中为液滴I。在生成第二个微液滴199的初始阶段，虽然吐液枪头110的出口端112的运动速度有所减小，但由于附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r增加较快，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2并没有立刻下降反而呈现出小范围的增加。此后，液滴195半径r缓慢增加，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2主要随吐液枪头110的出口端112的运动速度变化而变化。

当控制第一液体以均匀流速排出吐液枪头110的出口端112时，吐液枪头110的出口端112在生成上一个微液滴199后的一个运动周期的时刻又生成与上一个微液滴199等体积的新的液滴195，且此时吐液枪头110的出口端112的运动速度也与一个运动周期之前相同。与上一个微液滴199等体积的新的液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落，图6中为液滴II。如此循环，生成液滴III、液滴IV等。第一液体的匀速排出及吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动共同保证了生成微液滴199的体积大小均一性。

在本发明一实施例中，如图7及图8所示，控制吐液枪头110的出口端112做轨迹为圆弧、位移呈正弦变化的摆动。在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3是固定的。随着附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r不断增大，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2也不断增大。液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2大于吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3的瞬间，液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落形成微液滴199，图7中为液滴I。进入下一轮微液滴199的生成循环中。

在本实施例中，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3＝1.0×10-4N，吐液枪头110的出口端112的摆动频率是50赫兹。在吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动的前半周期的加速阶段生成第一个微液滴199，图7中为液滴I。在生成第二个微液滴199的初始阶段，当吐液枪头110的出口端112的运动速度有所减小，但由于附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r增加较快，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2并没有立刻下降反而呈现出小范围的增加。此后，液滴195半径r缓慢增加，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2主要随吐液枪头110的出口端112的运动速度变化而变化。

控制第一液体以均匀流速排出吐液枪头110的出口端112。吐液枪头110的出口端112在做位移呈正弦变化的摆动运动的后半周期加速阶段生成第二个微液滴199，图7中为液滴II。此后进入稳定生成微液滴199的阶段。吐液枪头110的出口端112生成第二个微液滴199后的半个运动周期的时刻又生成与第二个微液滴199等体积的新的液滴195，且此时吐液枪头110的出口端112的运动速度也与半个运动周期之前相同。与第二个微液滴199等体积的新的液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落，如此循环，生成图7中所示的液滴III、液滴IV、液滴V等。第一液体的匀速排出及吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动共同保证了生成微液滴199的体积大小均一性。

由上述可知，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195脱离吐液枪头110的出口端112(即生成一个微液滴199)的条件近似为：。在控制第一液体以均匀流速排出吐液枪头110的出口端112的情况下，所生成的微液滴199的体积大小均一的条件是：微液滴199等时间间隔的从吐液枪头110的出口端112脱落。

影响吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3的因素包括：吐液枪头110的表面自由能、几何尺寸及第一液体的表面张力。在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3是固定的。影响液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2的因素包括：第二液体699的粘滞系数η、液滴195的半径r及液滴195的运动速度v。第一液体匀速排出吐液枪头110的出口端112时，液滴195的半径r由微液滴199生成的间隔时间决定。液滴195在脱离吐液枪头110的出口端112之前与吐液枪头110的出口端112同步运动，可通过运动控制机构130实现精确控制吐液枪头110的出口端112的运动速度。第二液体699的粘滞系数η在液滴195的生成过程中会在一定范围内变化，但第二液体699的粘滞系数η的变化范围很小。如图9所示，曲线a表示吐液枪头110的出口端112的位移变化，曲线b和曲线c为当第二液体699的粘滞系数η在很小的范围内变化时微液滴199的生成过程曲线。当第二液体699的粘滞系数η在很小的范围内变化时，只会在很小范围内改变微液滴199的生成时刻。而不会改变微液滴199的生成时间间隔。如图9所示，曲线b和曲线c所表示的微液滴199的生成时间间隔均为半个周期t/2，保证了所生成微液滴199的体积大小均一性。

如图10所示，在更换吐液枪头110时，或温度变化等引起第一液体的表面张力发生变化时，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3难以精确控制，因此如果生成的微液滴199体积对f3在一定范围内变化不敏感，那么对生成均一尺寸的微液滴199具有重要意义。图10中，曲线a表示吐液枪头110的出口端112的位移变化，曲线b和曲线c为当更换吐液枪头110的情况下微液滴199的生成过程曲线。更换吐液枪头110后，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3在一定范围内波动会导致液滴195脱落时吐液枪头110的出口端112对应不同的速度。但是当微液滴199的生成达到稳定状态后，液滴195脱落时吐液枪头110的出口端112的速度在每个摆动周期内都是固定的，如图10所示，曲线b和曲线c所表示的微液滴199的生成时间间隔均为半个周期t/2。因此能够保证微液滴199生成的间隔时间是固定的。当第一液体排出吐液枪头110的出口端112的流速固定时，生成的微液滴199的体积是均一的。同时调整第一液体排出吐液枪头110的出口端112的流速及吐液枪头110的出口端112在第二液体699内的摆动频率，即可同时控制均一体积微液滴199的体积大小及生成速率。

上述实施例中吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的周期运动时，对附着力的最大值f3及粘滞阻力f2的变化具有一定的容忍性，即附着力的最大值f3或粘滞阻力f2在一定范围内变化时，仍然能够生成体积大小均一的微液滴199。当吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的周期运动时，保证生成体积大小均一的微液滴199的前提下，能够容忍的附着力的最大值f3的变化范围称为平台期。平台期的存在对于吐液枪头110的加工及微液滴199生成温度的控制具有重要的意义。平台期的存在允许在一定程度内降低吐液枪头110的加工精度要求，即使同批加工的吐液枪头110之间的表面自由能之间存在差异，也能够生成体积大小均一的微液滴199。同理，平台期的存在也允许在一定程度内降低微液滴199生成过程的温度控制要求。

平台期的存在允许在一定程度内降低吐液枪头110的加工精度要求或微液滴199生成过程的温度控制要求，进一步降低了微液滴199生成过程中的耗材成本及控制成本。上述实施例中吐液枪头110的出口端112的每个运动周期内生成两个微液滴199，容易理解的是，只要吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的周期运动，当吐液枪头110的出口端112的每一个运动周期内生成一个微液滴199或者每两个运动周期内生成一个微液滴199时，仍然对附着力的最大值f3及粘滞阻力f2的变化具有一定的容忍性，也都存在平台期。

由于微液滴199的生成几乎不受微液滴199的重力及惯性力的影响。因此生成微液滴199时，吐液枪头110的出口端112在第二液体699内可沿任意方向做位移呈正弦变化的周期运动。吐液枪头110的出口端112的运动轨迹是弧线、直线或者其他形状的轨迹。

如图11中的(1)所示，在本发明一实施例中，吐液枪头110倾斜插入第二液体699内，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下摆动生成微液滴199。作为一种可实现的方式，如图11中的(2)所示，吐液枪头110的出口端112在第二液体699内做轨迹为水平直线、位移呈正弦变化的周期运动以生成微液滴199。作为另一种可实现的方式，如图11中的(3)所示，吐液枪头110的出口端112在第二液体699做轨迹为竖直直线、位移呈正弦变化的周期运动以生成微液滴199。

如图12所示，在本发明另一实施例中，在步骤S213中，速度大小变化的一个周期内，吐液枪头110的出口端112在前半周期与后半周期均是匀变速运动。进一步，在步骤S213中，吐液枪头110的出口端112在前半周期与后半周期的加速度大小相等。控制第一液体以均匀流速排出吐液枪头110的出口端112。随着第一液体的连续排出，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195在运动过程中受到的粘滞阻力f2也不断增大。当粘滞阻力f2大于液滴195与吐液枪头110之间附着力的最大值f3时，液滴195从吐液枪头110脱离形成微液滴199。随后进入下一个微液滴199的生成过程中。控制吐液枪头110的出口端112的运动频率及运动速度与第一液体的流速相适配，以保证生成微液滴199的体积均一性。

本发明一实施例，提供一种用于生成微液滴199的吐液枪头110，其包括具有中空腔体的针梗113及设置于针梗113一端的出口端112。吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角小于等于90°。在吐液枪头110沿管道主体的延伸方向振动时，微液滴199从吐液枪头110的出口端112掉落后在第二液体699粘滞力及吐液枪头110的出口端112端面的挤压作用下远离出口端112的运动轨迹，避免了微液滴199被出口端112打破，保持了已生成微液滴199的完整性，同时允许吐液枪头110沿管道主体的延伸方向快速振动以快速生成微液滴199。

如图13所示，作为一种可实现的方式，吐液枪头110呈直管状，吐液枪头110的出口端112为斜切结构。将吐液枪头110的出口端112进行斜切，兼顾所生成微液滴199的完整性及微液滴199的生成效率的同时，具有结构简单、易于实现、制造成本低、批量加工精度高的特点。进一步，吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角介于15°-75°之间，可根据实际工况设计吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角。吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角不宜过大或过小，以免影响微液滴199的生成或打破微液滴199。更进一步的，吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角介于30°-60°之间。具体的，吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角为45°。45°角不仅能够保证微液滴199的顺利生成，还能够有效的将已生成的微液滴199挤离开出口端112的运动轨迹，避免吐液枪头110的出口端112打破已生成的微液滴199。

如图14所示，作为另一种可实现的方式，针梗113靠近吐液枪头110的出口端112的部分包括弯折结构。将吐液枪头110的出口端112进行弯折，兼顾所生成微液滴199的完整性及微液滴199的生成效率的同时，具有结构简单、易于实现、制造成本低、批量加工精度高的特点。进一步，吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角介于15°-75°之间，可根据实际工况设计吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角。吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角不宜过大或过小，以免影响微液滴199的生成或打破微液滴199。更进一步的，吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角介于30°-60°之间。具体的，吐液枪头110的出口端112端面的法线与针梗113的延伸方向之间的夹角为45°。45°角不仅能够保证微液滴199的顺利生成，还能够有效的将已生成的微液滴199挤离开出口端112的运动轨迹，避免吐液枪头110的出口端112打破已生成的微液滴199。

可选的，针梗113靠近吐液枪头110的出口端112的弯折结构具有折线段、圆弧段、光滑曲线段、直线段等中的一种或者组合。如图14所示，在本实施例中。针梗113靠近吐液枪头110的出口端112的部分具有过渡圆弧段，具体是圆弧段与直线段的组合。在加工过程中将直管状的吐液枪头110进行设定角度的圆弧弯折即可，加工方便。

如图15及图16所示，本发明一实施例提供的吐液枪头110还包括针栓114，针栓114具有沿针栓114的延伸方向贯通针栓114的储液槽115。储液槽115的一端与针梗113远离吐液枪头110的出口端112的一端连通，针栓114远离针梗113的一端是吐液枪头110的入口端111。针栓114与针梗113之间固定连接。用于生成微液滴199的第一液体可以提前储存在针栓114内，能够实现连续、批量的生成微液滴199。进一步，针栓114远离针梗113的一端内表面开设有卡槽116。卡槽116能够实现与流体驱动机构120的可拆卸连接。便于吐液枪头110的更换。

本发明还一种微液滴199生成装置，用于在第二液体699液面下生成微液滴199。微液滴199生成装置包括流体驱动机构120、运动控制机构130及上述方案任一项所述的吐液枪头110。吐液枪头110的内部储存有第一液体，吐液枪头110具有出口端112及入口端111。流体驱动机构120与吐液枪头110的入口端111连接，用于将储存在吐液枪头110内部的第一液体从吐液枪头110的出口端112排出。运动控制机构130用于控制吐液枪头110的出口端112在第二液体699的液面下产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的运动，以使排出吐液枪头110的出口端112的第一液体克服表面张力及附着力在第二液体699内形成微液滴199。

本发明提供的吐液枪头110在第二液体699液面下运动的过程中生成微液滴199。作为一种可实现的方式，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做速度大小呈方波变化的运动，加速度大小为a1。第一液体从吐液枪头110的出口端112排出后形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195。液滴195在吐液枪头110的出口端112瞬时加速的瞬间脱离吐液枪头110的出口端112形成微液滴199。如图3所示，微液滴199在脱离吐液枪头110的出口端112之前的所受到的作用力分别为重力G、第二液体699的浮力f1、第二液体699的粘滞阻力f2以及吐液枪头110的出口端112与液滴195之间的最大附着力f3。微液滴199在脱离吐液枪头110的出口端112之前的质量为m、加速度大小为a2。根据牛顿第二运动定律，易得出。

吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3与吐液枪头110的表面自由能、液滴195的表面张力以及吐液枪头110的几何尺寸有关。吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动时，吐液枪头110的出口端112对液滴195附着力的方向与加速度的方向相同。将附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195简化为球状。由斯托克斯(Stokes)公式可知，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2＝6πηrv，其中η为第二液体699的粘滞系数，r为液滴195的半径，v为液滴195的运动速度。在吐液枪头110的出口端112做瞬时加速之前液滴195的速度为零，因此液滴195在吐液枪头110的出口端112瞬时加速的瞬间在第二液体699中受到的粘滞阻力f2为零或极小。在微液滴199生成的过程中，一般液滴195的直径范围在皮升至微升的数量级，且液滴195的重力G和第二液体699的浮力f1方向相反，因此液滴195的重力G与第二液体699的浮力f1的矢量和约为零。即存在，由牛顿第二运动定律可知，吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动时，液滴195在第二液体699中能达到的最大加速度为a2≈f3/m，其中m为液滴195的质量。液滴195脱离吐液枪头110的出口端112(即生成一个微液滴199)的条件近似为：a2≈(f3/m)＜a1。

吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3与吐液枪头110的表面自由能、液滴195的表面张力以及吐液枪头110的几何尺寸有关。吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动时，吐液枪头110的出口端112对液滴195附着力的方向与加速度的方向相同。将附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195简化为球状。由斯托克斯(Stokes)公式可知，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2＝6πηrv，其中η为第二液体699的粘滞系数，r为液滴195的半径，v为液滴195的运动速度。在吐液枪头110的出口端112做瞬时加速之前液滴195的速度为零，因此液滴195在吐液枪头110的出口端112瞬时加速的瞬间在第二液体699中受到的粘滞阻力f2为零或极小。在微液滴199生成的过程中，一般液滴195的直径范围在皮升至微升的数量级，且液滴195的重力G和第二液体699的浮力f1方向相反，因此液滴195的重力G与第二液体699的浮力f1的矢量和约为零。即存在，由牛顿第二运动定律可知，吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动时，液滴195在第二液体699中能达到的最大加速度为a2≈f3/m，其中m为液滴195的质量。液滴195脱离吐液枪头110的出口端112(即生成一个微液滴199)的条件近似为：a2≈(f3/m)＜a1。

在运动控制机构130的带动下，能够精确控制吐液枪头110的出口端112瞬时加速度的大小。只要控制吐液枪头110的出口端112每次瞬时加速度的值均较大，吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动能够有效的生成液滴195。可选的，在吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内，形成一个或两个或多个微液滴199。

如图17所示，在本发明一实施例中，吐液枪头110的出口端112端面的法线与管道主体的延伸方向之间的夹角为45°，吐液枪头110的出口端112呈斜切结构。第二液体699的液面朝上，吐液枪头110竖直布置。吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做轨迹为竖直线段、速度大小呈方波变化的运动。在吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内生成一个微液滴199。吐液枪头110内储存有第一液体。流体驱动机构120控制吐液枪头110在吐液枪头110的每个运动周期内从出口端112排出等体积的第一液体。当附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195到达设定体积大小时，吐液枪头110的出口端112由上极限位置以大小为a1的加速度向下瞬时加速，同时附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195脱离吐液枪头110的出口端112形成微液滴199。在第二液体699粘滞力及吐液枪头110的出口端112端面的挤压作用下，微液滴199远离出口端112的运动轨迹而靠近吐液枪头110的侧壁。吐液枪头110的出口端112继续向下运动，与此同时第一液体仍然排出吐液枪头110的出口端112形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195。当吐液枪头110的出口端112运动至下极限位置时，吐液枪头110的出口端112由下极限位置向上运动。在吐液枪头110的出口端112由下极限位置向上运动的过程中第一液体仍然排出吐液枪头110的出口端112，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积增大。当吐液枪头110的出口端112运动至上极限位置时，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积大小与上一次脱落的微液滴199的体积大小相等。吐液枪头110的出口端112再次由上极限位置以大小为a1的加速度向下瞬时加速形成新的微液滴199，如此循环。

如图18所示，在本发明一实施例中，吐液枪头110的出口端112端面的法线与管道主体的延伸方向之间的夹角为45°，吐液枪头110的出口端112呈斜切结构。第二液体699的液面朝上，吐液枪头110竖直布置。吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做轨迹为竖直线段、速度大小呈方波变化的运动。在吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内生成两个微液滴199。吐液枪头110内储存有第一液体。流体驱动机构120控制第一液体以均匀流速从出口端112排出。当附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195到达设定体积大小时，吐液枪头110的出口端112由上极限位置以大小为a1的加速度向下瞬时加速，同时附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195脱离吐液枪头110的出口端112形成微液滴199。在第二液体699粘滞力及吐液枪头110的出口端112端面的挤压作用下，微液滴199远离出口端112的运动轨迹而靠近吐液枪头110的侧壁。吐液枪头110的出口端112继续向下运动。与此同时第一液体仍然排出吐液枪头110的出口端112形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积增大。

当吐液枪头110的出口端112运动至下极限位置时，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积大小与上一次脱落的微液滴199的体积大小相等。吐液枪头110的出口端112由下极限位置以大小为a1的加速度向上瞬时加速，附着在出口端112的液滴195脱离出口端112形成新的微液滴199。吐液枪头110的出口端112处于下极限位置时生成的微液滴199在出口端112的附着力的作用下只向上运动一小段距离，便开始在第二液体699中逐渐降落。在吐液枪头110的出口端112由下极限位置向上运动的过程中第一液体仍然排出吐液枪头110的出口端112，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积增大。当吐液枪头110的出口端112运动至上极限位置时，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积大小与上一次脱落的微液滴199的体积大小相等。吐液枪头110的出口端112再次由上极限位置以大小为a1的加速度向下瞬时加速形成新的微液滴199，如此循环。当吐液枪头110的出口端112再次由上极限位置向下运动时，若在出口端112正下方的轨迹范围内仍然存在微液滴199，则由附着在出口端112的液滴195撞击已生成的微液滴199，已生成的微液滴199沿出口端112端面的法线运动以远离出口端112的运动轨迹。

本发明提供的吐液枪头110在第二液体699液面下运动的过程中生成微液滴199。作为另一种可实现的方式，吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做上述位移呈正弦变化的运动。

如图19所示，在本发明一实施例中，吐液枪头110的出口端112端面的法线与管道主体的延伸方向之间的夹角为45°，针梗113靠近吐液枪头110的出口端112的部分是弯折结构。第二液体699的液面朝上，吐液枪头110竖直布置。吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做轨迹为竖直线段、位移呈正弦变化的运动。在吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内生成一个微液滴199。吐液枪头110内储存有第一液体。流体驱动机构120控制吐液枪头110在吐液枪头110的每个运动周期内从出口端112排出等体积的第一液体。在吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的直线运动的加速下降阶段生成第一个微液滴199。在生成第二个微液滴199的初始阶段，虽然吐液枪头110的出口端112存在向下减速阶段，但由于附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r增加较快，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2并没有立刻下降反而呈现出小范围的增加。此后，液滴195半径r缓慢增加，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2主要随吐液枪头110的出口端112的运动速度变化而变化。吐液枪头110的出口端112下降至极限位置后开始上升，与此同时，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195的体积不断增大。

当控制第一液体以均匀流速排出吐液枪头110的出口端112时，吐液枪头110的出口端112在生成上一个微液滴199后的一个运动周期的时刻又生成与上一个微液滴199等体积的新的液滴195，且此时吐液枪头110的出口端112的运动速度也与一个运动周期之前相同。与上一个微液滴199等体积的新的液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落，如此循环。第一液体的匀速排出及吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动共同保证了生成微液滴199的体积大小均一性。当吐液枪头110的出口端112再次由上极限位置向下运动时，若在出口端112正下方的轨迹范围内仍然存在微液滴199，则由附着在出口端112的液滴195撞击已生成的微液滴199，已生成的微液滴199沿出口端112端面的法线运动以远离出口端112的运动轨迹。

如图20所示，在本发明一实施例中，吐液枪头110的出口端112端面的法线与管道主体的延伸方向之间的夹角为45°，针梗113靠近吐液枪头110的出口端112的部分是弯折结构。第二液体699的液面朝上，吐液枪头110竖直布置。吐液枪头110的出口端112在第二液体699液面下做轨迹为竖直线段、位移呈正弦变化的运动。在吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内生成两个微液滴199。吐液枪头110内储存有第一液体。流体驱动机构120控制第一液体以均匀流速从出口端112排出。随着附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r不断增大，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2也不断增大。当吐液枪头110的出口端112处于向下加速阶段时，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2大于吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3，液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落形成微液滴199。在第二液体699粘滞力及吐液枪头110的出口端112端面的挤压作用下，微液滴199远离出口端112的运动轨迹而靠近吐液枪头110的侧壁。

吐液枪头110的出口端112继续向下运动，吐液枪头110的出口端112下降至极限位置后开始上升。与此同时第一液体仍然排出吐液枪头110的出口端112形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积增大。在生成第二个微液滴199的初始阶段，当吐液枪头110的出口端112的运动速度有所减小，但由于附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195半径r增加较快，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2并没有立刻下降反而呈现出小范围的增加。此后，液滴195半径r缓慢增加，液滴195在第二液体699中运动时所受到的粘滞阻力f2主要随吐液枪头110的出口端112的运动速度变化而变化。

半个周期的时间间隔后，吐液枪头110的出口端112处于向上加速阶段。附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积大小与上一次脱落的微液滴199的体积大小相等，同时吐液枪头110的出口端112的速度大小也与半个周期前相同，附着在出口端112的液滴195脱离出口端112形成新的微液滴199。吐液枪头110的出口端112处于向上加速阶段时生成的微液滴199在出口端112的附着力的作用下只向上运动一小段距离，便开始在第二液体699中逐渐降落。与此同时第一液体仍然排出吐液枪头110的出口端112形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195，附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积增大。半个周期的时间间隔后，吐液枪头110的出口端112处于向下加速阶段。附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195体积大小与上一次脱落的微液滴199的体积大小相等，同时吐液枪头110的出口端112的速度大小也与半个周期前相同，附着在出口端112的液滴195脱离出口端112形成新的微液滴199，如此循环。控制第一液体以均匀流速排出吐液枪头110的出口端112。吐液枪头110的出口端112在做轨迹为竖直线段、位移呈正弦变化的运动的后半周期加速阶段生成第二个微液滴199后，进入稳定生成微液滴199的阶段。第一液体的匀速排出及吐液枪头110的出口端112做位移呈正弦变化的摆动运动共同保证了生成微液滴199的体积大小均一性。当吐液枪头110的出口端112再次由上极限位置向下运动时，若在出口端112正下方的轨迹范围内仍然存在微液滴199，则由附着在出口端112的液滴195撞击已生成的微液滴199，已生成的微液滴199沿出口端112端面的法线运动以远离出口端112的运动轨迹。

本发明提供的微液滴生成装置及生成方法在医学临床检验、纳米材料制备、食品及环境检测、生化分析等应用领域都有广泛应用。在一个具体的应用环境中，本发明提供的微液滴199的生成装置及生成方法应用在聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种吐液枪头，用于生成微液滴，其特征在于，包括具有中空腔体的针梗及设置于所述针梗一端的出口端；所述吐液枪头的出口端端面的法线与所述针梗的延伸方向之间的夹角大于0°并且小于等于90°。

2.根据权利要求1所述的吐液枪头，其特征在于，所述吐液枪头呈直管状，所述吐液枪头的出口端为斜切结构。

3.根据权利要求1所述的吐液枪头，其特征在于，所述针梗靠近所述吐液枪头的出口端的部分包括弯折结构。

4.根据权利要求3所述的吐液枪头，其特征在于，所述针梗靠近所述吐液枪头的出口端的弯折结构具有过渡圆弧段。

5.根据权利要求1-4任一项所述的吐液枪头，其特征在于，还包括针栓，所述针栓具有沿所述针栓的延伸方向贯通所述针栓的储液槽；所述储液槽的一端与所述针梗远离所述吐液枪头的出口端的一端连通，所述针栓远离所述针梗的一端是所述吐液枪头的入口端。

6.根据权利要求5所述的吐液枪头，其特征在于，所述针栓远离所述针梗的一端内表面开设有卡槽。

7.根据权利要求1-4任一项所述的吐液枪头，其特征在于，所述吐液枪头的出口端端面的法线与所述针梗的延伸方向之间的夹角介于15°-75°之间。

8.根据权利要求7所述的吐液枪头，其特征在于，所述吐液枪头的出口端端面的法线与所述针梗的延伸方向之间的夹角介于30°-60°之间。

9.根据权利要求8所述的吐液枪头，其特征在于，所述吐液枪头的出口端端面的法线与所述针梗的延伸方向之间的夹角为45°。

10.一种微液滴生成装置，其特征在于，包括流体驱动机构、运动控制机构及权利要求1-9任一项所述的吐液枪头；所述吐液枪头的内部储存有第一液体，所述吐液枪头具有出口端及入口端；所述流体驱动机构与所述吐液枪头的入口端连接，用于将储存在所述吐液枪头内部的第一液体从所述吐液枪头的出口端排出；所述运动控制机构用于控制所述吐液枪头的出口端在第二液体的液面下产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的运动，以使排出所述吐液枪头的出口端的第一液体克服表面张力及附着力在第二液体内形成微液滴。

11.一种微液滴生成方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的吐液枪头，所述吐液枪头内储存有第一液体，提供储存有第二液体的微液滴容器；控制第一液体从所述吐液枪头的出口端匀速排出；控制所述吐液枪头的出口端在第二液体的液面下产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的运动；第一液体与第二液体为任意互不相溶的两种液体或具有界面反应的两种液体。