CN206785601U - 嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，属于微流控技术领域，该装置主要由振动的压电叠堆通过针头上的小孔嵌入流动聚焦的管道中，所述压电叠堆一端通过基座与针头粘接，另一端通过绝缘膜与管道中的流体接触；对于液驱流动聚焦系统，驱动液从驱动液入口流经圆孔，对由管道通入的微液滴相提供剪切力形成稳定的锥形，微液滴相进而穿过圆孔形成射流柱，容器里面的液体通过出口流出。当加压电叠堆的扰动时，振动能量通过绝缘膜传递至管道中的流体，振动能量在形成锥形和射流柱的过程中实现扰动的效果，本实用新型技术方案通过控制压电叠堆的驱动电压、驱动频率或驱动波形来控制射流柱破碎产生的微液滴尺寸、生成频率。

Description

嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，尤其涉及一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置。

背景技术

微滴的形成过程很直观地说明了微流体处理的复杂性。与表面张力有关的相对小的力在微滴形成过程中产生高度的非线性且对外部干扰异常敏感。从连续液相形成液滴，需要引入能量进而转换成微滴形成后的表面能量。当此能量仅来源于流体压力，并无外界能量输入时，为被动控制；相反，在微滴生成过程中，有外界能量输入时为主动控制。被动控制的经典结构为：T型和流动聚焦型。这两种结构的被动控制主要是通过改变流量或压力来实现。被动控制的最大问题是：响应时间太长，通常为几秒钟甚至几分钟。较长的响应时间主要受制于相对较大的流体阻力。在预先设置好的流量与压力下，此时若想得到一个特定尺寸的微滴，唯一的办法就是调节液体属性和通道的形状。根据外部输入能量类型的不同，微滴主动控制生成主要分为：热控制，磁控制，气驱/液驱控制，压电控制等。由于压电驱动具有很快的响应，一般可达到200μs，所以对于压电主动激励制备微液滴的研究受到越来越多的关注，目前压电扰动的引入主要针对微流控芯片，如在进口管道上引入压电圆片、压电双晶片或压电叠堆的振动来控制微液滴形成的体积或频率。相比于微流控芯片的微液滴制备，利用液驱流动聚焦的微液滴制备具有很多优势，如低成本，高包封率，高产量等。但目前二维平面的微流控芯片技术所生成的微液滴经常与腔壁接触而变形，而基于液驱的流动聚焦三维装置所生成的微液滴在液体环境中，对外部的扰动的影响也小，浸润性问题也得到进一步改善，但目前对基于液驱的流动聚焦，通常是改变流量来改变生成微液滴的尺寸和生成频率，但是改变的幅度有限，流量太大和太小都不易行程稳定的锥形，而且生成的微液滴尺寸均匀度差，常伴有卫星液滴的出现，因此如何提供一种基于液驱的流动聚焦三维装置的压电式微液滴主动制备装置是需要解决的问题。

实用新型内容

基于现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，能以压电扰动的方式主动控制制备微液滴。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施例提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，包括：

压电叠堆、绝缘膜和基座；其中，

所述压电叠堆前端嵌入设置在安装有绝缘膜的针管侧壁的通孔内，通过所述绝缘膜与管道中的流体接触；

所述压电叠堆后端与所述基座连接，所述基座设置在所述针管外壁上。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，其有益效果为：

通过在针管侧壁的通孔内设置压电叠堆，通过压电叠堆的振动能量通过绝缘膜传递至管道中的流体，振动能量在形成锥形和射流柱的过程中实现扰动，进而制备出微液滴，而且通过控制压电叠堆的驱动电压、驱动频率或驱动波形能控制射流柱破碎产生的微液滴尺寸和生成频率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本实用新型实施例提供的微液滴主动制备装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的嵌入压电叠堆扰动的流动聚焦装置结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的嵌入压电叠堆扰动用于同轴流动聚焦的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的核相针管与壳相针管对中的结构示意图。

图中：1-针管，2-绝缘膜，3-通孔，4-基座，5-压电叠堆，6-管道，7-微液滴相，8-锥形，9-射流柱，10-出口，11-容器本体，12-圆孔，13-驱动液入口，14-橡胶塞，15-核相针管，16-壳相针管，17-核相针管外壁，18-壳相针管内壁。

具体实施方式

下面结合本实用新型的具体内容，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，包括：

压电叠堆、绝缘膜和基座；其中，

所述压电叠堆前端嵌入设置在安装有绝缘膜的针管侧壁的通孔内，通过所述绝缘膜与管道中的流体接触；

所述压电叠堆后端与所述基座连接，所述基座设置在所述针管外壁上。

该装置主要由振动的压电叠堆通过针头上的小孔嵌入流动聚焦的管道中，所述压电叠堆一端通过基座与针头粘接，另一端通过绝缘膜与管道中的流体接触，压电叠堆的振动能量通过绝缘膜传递至管道中的流体，振动能量在形成锥形和射流柱的过程中实现扰动的效果。

上述制备装置中，绝缘膜嵌入设置在所述针管侧壁的通孔内，阻隔在所述压电叠堆前端与所述管道中的流体之间。

上述制备装置中，基座的横向尺寸大于所述针头侧壁的通孔的直径。

如图2所示，上述制备装置中，针管安装在所述液驱流动聚焦装置上。对于液驱流动聚焦装置，驱动液从驱动液入口流经圆孔，对由管道通入的微液滴相提供剪切力形成稳定的锥形，微液滴相进而穿过圆孔形成射流柱，容器里面的液体通过出口流出。

上述制备装置中，针管为由核相针管与壳相针管构成的同轴结构，核相针管与壳相针管的同轴度通过焊点对中，核相针管外壁上随机焊接的三个焊点与壳相针管内壁接触；

所述的压电叠堆、绝缘膜和基座设在壳相针管侧壁的通孔上；

还包括：另一组压电叠堆、绝缘膜和基座，设在所述核相针管侧壁的通孔上。

本实用新型实施例还提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备方法，其特征在于，采用上述的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，包括以下步骤：

通过控制所述微液滴主动制备装置的压电叠堆的驱动电压、驱动频率或驱动波形控制射流柱破碎产生的微液滴尺寸和生成频率。

上述制备方法中，用于具有核相针管与壳相针管的同轴流动聚焦中，核相针管与壳相针管通过橡胶塞连接,即通过这种针管形成的微液滴相可以由核相与壳相构成，所述方法包括：采用两组嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置分别设在核相针管与壳相针管上，通过分别控制各微液滴主动制备装置的压电叠堆的驱动电压、驱动频率或驱动波形控制射流柱破碎产生的微液滴尺寸和生成频率。

上述制备方法中，所述核相针管与壳相针管的同轴度通过焊点对中，核相针管外壁上随机焊接的三个焊点与壳相针管内壁接触。

本实用新型的制备装置，当不加压电叠堆的扰动时，射流柱在液体环境下延长由于表面张力进而破碎，破碎液滴的尺寸只能根据流量控制，响应时间较长，通常为几秒钟，而且生成的微滴尺寸不均匀，常伴有卫星液滴的出现；当加压电叠堆的扰动时，振动能量通过绝缘膜传递至管道中的流体，振动能量在形成锥形和射流柱的过程中实现扰动的效果，本实用新型技术方案通过控制压电叠堆的驱动电压、驱动频率或驱动波形来控制射流柱破碎产生的微液滴尺寸、生成频率。

下面对本实用新型实施例具体作进一步地详细描述。

如图1所示，本实施例提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，该装置主要由振动的压电叠堆5通过针管1上的通孔3嵌入流动聚焦的管道6中，所述压电叠堆5一端通过基座4与针头1粘接，另一端通过绝缘膜2与管道6中的流体接触。

如图2所示，对于液驱流动聚焦装置，驱动液从驱动液入口13流经圆孔12，对由管道6通入的微液滴相7提供剪切力形成稳定的锥形8，微液滴相7进而穿过圆孔12形成射流柱9，容器11里面的液体通过出口10流出。

当不加压电叠堆5的扰动时，射流柱9在液体环境下延长由于表面张力进而破碎，破碎液滴的尺寸只能根据流量控制，响应时间较长，通常为几秒钟，而且生成的微滴尺寸不均匀，常伴有卫星液滴的出现；当加压电叠堆5的扰动时，振动能量通过绝缘膜2传递至管道6中的流体，振动能量在形成锥形8和射流柱9的过程中实现扰动的效果，本实用新型技术方案通过控制压电叠堆5的驱动电压、驱动频率或驱动波形来控制射流柱9破碎产生的微液滴尺寸、生成频率，所述驱动电压小于压电叠堆5的击穿电压，所述驱动波形为正弦波、方波或锯齿波中的任一种。

如图3所示，嵌入压电叠堆扰动也可用于同轴流动聚焦中，核相针管15与壳相针管16通过橡胶塞14连接，即所述的微液滴相7可以由核相与壳相形成，进而形成具有核壳结构的射流柱，通过压电叠堆的扰动，即形成核壳结构的微液滴。

如图4所示，所述核相针管15与壳相针管16的同轴度通过焊点19对中，核相针管外壁17上随机焊接的三个焊点19与壳相针管内壁18接触，形成精确的自动同轴结构，有利于稳定同轴锥形的形成。

本实用新型针对液驱流动聚焦装置，在射流柱形成之前引入压电叠堆振动的能量，通过主动控制制备所需尺寸、生成频率的微液滴。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，其特征在于，包括：

压电叠堆、绝缘膜和基座；其中，

所述压电叠堆前端嵌入设置在安装有绝缘膜的针管侧壁的通孔内，通过所述绝缘膜与管道中的流体接触；

所述压电叠堆后端与所述基座连接，所述基座设置在所述针管外壁上。

2.根据权利要求1所述的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，其特征在于，所述绝缘膜嵌入设置在所述针管侧壁的通孔内，阻隔在所述压电叠堆前端与所述管道中的流体之间。

3.根据权利要求1或2所述的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，其特征在于，所述基座的横向尺寸大于所述针头侧壁的通孔的直径。

4.根据权利要求1或2所述的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，其特征在于，所述针管安装在所述液驱流动聚焦装置上。

5.根据权利要求4所述的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，其特征在于，所述针管为由核相针管与壳相针管构成的同轴结构，核相针管与壳相针管的同轴度通过焊点对中，核相针管外壁上随机焊接的三个焊点与壳相针管内壁接触；

所述的压电叠堆、绝缘膜和基座设在壳相针管侧壁的通孔上；

还包括：另一组压电叠堆、绝缘膜和基座，设在所述核相针管侧壁的通孔上。