CN214863650U - 液滴生成装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种液滴生成装置，包括开设有出液孔的排液单元；液体输送单元，用于向排液单元中供应分散相；液滴收集单元，用于盛装连续相并收集由出液孔排出的液滴；驱动单元，用于驱动排液单元与液滴收集单元相对运动。通过驱动单元驱动排液单元与液滴收集单元相对运动，排液单元中的分散相由出液孔排出的过程中，分散相与连续相之间会产生阻力和剪切力，从而可将由出液孔排出的分散相挤压成液滴后排出，并由液滴收集单元收集存储。通过驱动单元调节排液单元与液滴收集单元相对运动的频率，以及液体输送单元供应分散相的供液量，可保证液滴大小的均匀性和一致性，在保证液滴高通量制备的同时，也能对液滴的尺寸大小进行调节，适应性好。

Description

液滴生成装置

技术领域

本申请属于液滴生成技术领域，更具体地说，是涉及一种液滴生成装置。

背景技术

目前，微流控液滴生成装置通常都是在压力泵的作用下，利用正压推动连续相和分散相运动，在交叉处形成液滴。利用压力泵推动液体运动形成液滴的方式，由于压力泵施加压力的不同，无法保证形成的液滴大小的均匀性和一致性，也无法达到高通量的制备要求。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种液滴生成装置，以解决相关技术中存在的：通过压力泵推动液体形成液滴的方式，液滴的均匀性和一致性较差，无法实现高通量制备的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是：

提供一种液滴生成装置，包括：

排液单元，所述排液单元上开设有出液孔；

液体输送单元，用于向所述排液单元中供应分散相；

液滴收集单元，用于盛装连续相并收集由所述出液孔排出的液滴；

驱动单元，与所述排液单元相连，用于驱动所述排液单元与所述液滴收集单元相对运动，以使所述连续相将由所述出液孔排出的所述分散相挤压成液滴。

在一个实施例中，所述驱动单元包括驱动电机、安装于所述驱动电机之主轴上的第一主动轮、支撑所述排液单元的支撑轴、安装于所述支撑轴上的第一从动轮和连接所述第一主动轮与所述第一从动轮的第一同步带。

在一个实施例中，所述出液孔的中心偏离所述排液单元的中轴线。

在一个实施例中，所述液滴生成装置还包括用于冲击由所述出液孔排出的所述分散相以形成液滴的油管，所述油管的中轴线垂直于所述出液孔的中轴线。

在一个实施例中，所述出液孔的直径范围为10μm-200μm。

在一个实施例中，所述液滴收集单元包括用于盛装所述连续相并收集所述液滴的容置器皿和支撑所述容置器皿的支撑座。

在一个实施例中，所述液滴生成装置还包括用于驱动所述液滴收集单元移动的液滴收集动力单元，所述液滴收集动力单元与所述支撑座相连。

在一个实施例中，所述液滴收集动力单元包括用于驱动所述液滴收集单元与所述排液单元相对转动的液滴收集旋转电机，所述液滴收集旋转电机与所述支撑座相连。

在一个实施例中，所述液滴收集动力单元还包括安装于所述支撑座上的第二从动轮、安装于所述液滴收集旋转电机之主轴上的第二主动轮和连接所述第二主动轮与所述第二从动轮的第二同步带。

在一个实施例中，所述排液单元倾斜于所述分散相的液面，所述驱动单元用于驱动所述排液单元平动或摆动。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本申请通过驱动单元驱动排液单元与液滴收集单元相对运动，排液单元中的分散相由出液孔排出的过程中，分散相与连续相之间会产生阻力和剪切力，从而可将由出液孔排出的分散相挤压成液滴后排出，并由液滴收集单元收集存储。通过驱动单元调节排液单元与液滴收集单元相对运动的频率，可保证液滴大小的均匀性和一致性，在保证液滴高通量制备的同时，也能对液滴的尺寸大小进行调节，适应性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本申请实施例一提供的液滴生成装置的结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的排液单元与液滴收集单元连接的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本申请实施例一提供的不同排液单元的不同角度的截面示意图；

图5为本申请实施例二提供的排液单元、液滴收集单元与油管连接的俯视图；

图6为本申请实施例三提供的液滴生成装置的结构示意图；

图7为本申请实施例四提供的液滴生成装置的结构示意图；

图8为本申请实施例五提供的液滴生成装置的主视图；

图9为本申请实施例五提供的液滴生成装置的侧视图；

图10为本申请实施例六提供的液滴生成装置的结构示意图；

图11为图10中驱动单元驱动排液单元平动时的结构示意图；

图12为图10中驱动单元驱动排液单元摆动时的结构示意图；

图13为本申请实施例七提供的液滴生成装置的结构示意图。

其中，图中各附图主要标记：

1-排液单元；10-出液孔；11-液体管道；12-移液枪枪头；

2-液滴收集单元；21-容置器皿；211-容置腔；22-支撑座；

3-驱动单元；31-驱动电机；32-第一主动轮；33-支撑轴；34-第一从动轮；35-第一同步带；36-摆动座；

4-液滴收集动力单元；41-液滴收集旋转电机；42-第二主动轮；43-第二从动轮；44-第二同步带；

5-油管。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，“在一个实施例中”或“在一些实施例中”的短语出现在整个说明书的各个地方，并非所有的指代都是相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征，结构或特性。

实施例一：

请参阅图1、图2和图4，现对本申请实施例一提供的液滴生成装置进行说明。该液滴生成装置包括排液单元1、液体输送单元(图未示)、液滴收集单元2和驱动单元3。其中，排液单元1可为液体管道11；液体输送单元可为注射泵、注射器针筒、高压泵等以精确流速输送液体的装置，该液体输送单元用于向液体管道11中输送分散相，并可给予液体管道11以一定的压力，便于将液体管道11中的分散相挤压出。液体管道11上开设有供分散相排出的出液孔10。此处，请参阅图4，液体管道11的底部可为平底、圆底或锥底等。出液孔10的数量可以为一个或多个，在此都不作唯一限定。出液孔10的数量越多，液滴生成装置每次生成的液滴数量就越多，具有高通量的优点。液滴收集单元2用于盛装连续相并收集由出液孔10排出的液滴，液体管道11开设有出液孔10的一端始终处于连续相液面以下。驱动单元3与液体管道11相连，驱动单元3用于驱动液体管道11与液滴收集单元2相对运动，以使连续相将由出液孔10排出的分散相挤压成液滴。

此结构，通过驱动单元3驱动排液单元1与液滴收集单元2相对运动，排液单元1中的分散相由出液孔10排出的过程中，分散相与连续相之间会产生阻力和剪切力，从而可将由出液孔10排出的分散相挤压成液滴后排出，并由液滴收集单元2收集存储。通过驱动单元3调节排液单元1与液滴收集单元2相对运动的频率，可保证液滴大小的均匀性和一致性，在保证液滴高通量制备的同时，也能对液滴的尺寸大小进行调节，适应性好。其中，驱动单元3的转速范围可为3000r/min-8000r/min。

在一个实施例中，请参阅图1，作为本申请实施例一提供的液滴生成装置的一种具体实施方式，驱动单元3包括驱动电机31、安装于驱动电机31之主轴上的第一主动轮32、支撑排液单元1的支撑轴33、安装于支撑轴33上的第一从动轮34和连接第一主动轮32与第一从动轮34的第一同步带35。此结构，通过驱动电机31、第一同步带35、第一从动轮34及支撑轴33带动液体管道11转动，液体管道11的转动可靠性好。而且，通过对驱动电机31之转速的调节，可对液体管道11的转动频率进行调节，从而可制备不同尺寸大小的液滴。当然，在其它实施例中，驱动单元3也可为链传动、齿轮传动、电机直驱等用于驱动液体管道11转动的传动结构，在此不作唯一限定。

在一个实施例中，请参阅图3和图4，作为本申请实施例一提供的液滴生成装置的一种具体实施方式，出液孔10的中心偏离液体管道11的中轴线。此结构，当液体管道11转动时，其产生的离心力可将分散相经出液孔10排出。

本申请提供的液滴生成装置是利用相界面的阻力和剪切力来制备液滴，在排液单元1与连续相作相对运动时，液体输送单元给予排液单元1中的分散相一个正向的压力，使分散相与连续相之间的接触面高速挤压，产生阻力和剪切力。当液滴通过液体输送单元的挤压聚集到一定大小，其表面张力不能抵抗阻力和剪切力时，即与排液单元1侧壁迅速分离，产生一个液滴。通过驱动单元3调节排液单元1与液滴收集单元2相对运动的频率，可用于制备不同尺寸大小的液滴，并能使液滴保持均匀稳定一致。

在一个实施例中，作为本申请实施例一提供的液滴生成装置的一种具体实施方式，出液孔10的直径范围为10μm-200μm。此结构，分散相的不同流速及液体管道11的不同运动频率，可实现快速且高通量的液滴生成，实现液滴尺寸大小的可控，在合适既定的条件范围，能生成稳定可控的液滴，尺寸大小可控制在60um-300um之间，在10min之内能生成20000-500000个液滴，CV(Coefficient of Variation，变异系数)值能控制在3％以下。当然，在其它实施例中，出液孔10的直径大小也可以根据实际需要进行调节，在此不作唯一限定。

在一个实施例中，请参阅图1，作为本申请实施例一提供的液滴生成装置的一种具体实施方式，液滴收集单元2包括用于盛装连续相并收集液滴的容置器皿21和支撑容置器皿21的支撑座22。此结构，通过支撑座22可实现对容置器皿21的支撑固定，避免容置器皿21及连续相的晃动。当液体管道11由驱动电机31通过第一同步带35的方式实现转动时，液滴收集单元2可固定不动。

实施例二：

请参阅图5，现对本申请实施例二提供的液滴生成装置进行说明。该实施例二提供的液滴生成装置与上述实施例一提供的液滴生成装置的区别在于：液滴生成装置还包括用于冲击由出液孔10排出的分散相以形成液滴的油管5，油管5的中轴线垂直于出液孔10的中轴线。此结构，当驱动电机31驱动液体管道11转动时，侧向安装的油管5喷出油滴，从而可冲击由出液孔10排出的分散相，油滴可形成一定的冲击力，进而形成液滴。

本申请实施例二提供的液滴生成装置的其它结构与上述实施例一提供的液滴生成装置的对应结构相同，在此不再一一赘述。

实施例三：

请参阅图6，现对本申请实施例三提供的液滴生成装置进行说明。该实施例三提供的液滴生成装置与上述实施例一提供的液滴生成装置的区别在于：液滴生成装置还包括用于驱动液滴收集单元2移动的液滴收集动力单元4，液滴收集动力单元4与支撑座22相连。此结构，通过驱动单元3驱动液体管道11移动，以及液滴收集动力单元4驱动液滴收集单元2移动，从而可提高液体管道11与液滴收集单元2之间相对运动的可靠性，有助于形成稳定可靠的阻力和剪切力，可保证液滴的均匀性和一致性。

在一个实施例中，请参阅图6，作为本申请实施例三提供的液滴生成装置的一种具体实施方式，液滴收集动力单元4包括用于驱动液滴收集单元2与排液单元1相对转动的液滴收集旋转电机41，液滴收集旋转电机41与支撑座22相连。此结构，通过液滴收集旋转电机41可直接驱动支撑座22及容置器皿21转动，效果好。当液体管道11由驱动电机31通过第一同步带35的方式实现转动时，液滴收集单元2也可由液滴收集旋转电机41驱动转动。

在一个实施例中，作为本申请实施例三提供的液滴生成装置的一种具体实施方式，排液单元1的转动中心偏离液滴收集单元2的转动中心。具体地，容置器皿21的中轴线、支撑座22的中轴线和液滴收集旋转电机41之主轴的中轴线共线，排液单元1的中轴线偏离容置器皿21的中轴线，即排液单元1与液滴收集单元2之间作非同心转动，且排液单元1与液滴收集单元2的转动方向相反，从而有助于液滴的生成。或者，排液单元1的中轴线、容置器皿21的中轴线、支撑座22的中轴线和液滴收集旋转电机41之主轴的中轴线共线，即排液单元1与液滴收集单元2之间作同心转动，排液单元1与液滴收集单元2的转动方向相反。

本申请实施例三提供的液滴生成装置的其它结构与上述实施例一提供的液滴生成装置的对应结构相同，在此不再一一赘述。

实施例四：

请参阅图7，现对本申请实施例四提供的液滴生成装置进行说明。该实施例四提供的液滴生成装置与上述实施例三提供的液滴生成装置的区别在于：液滴收集动力单元4还包括安装于支撑座22上的第二从动轮43、安装于液滴收集旋转电机41之主轴上的第二主动轮42和连接第二主动轮42与第二从动轮43的第二同步带44。此结构，通过第二主动轮42、第二同步带44及第二从动轮43的配合，可提高液滴收集旋转电机41的输出效率。当排液单元1由驱动电机31通过第一同步带35的方式实现转动时，液滴收集单元2也可由液滴收集旋转电机41通过第二同步带44的方式实现转动。

本申请实施例四提供的液滴生成装置的其它结构与上述实施例三提供的液滴生成装置的对应结构相同，在此不再一一赘述。

在一些实施例中，液滴收集动力单元4也可为链传动、齿轮传动、电机直驱等用于驱动排液单元1转动的传动结构，在此不作唯一限定。

在一些实施例中，当驱动单元3驱动排液单元1转动时，液滴收集动力单元4可驱动液滴收集单元2左右移动或者上下振动。当然，在其它实施例中，排液单元1的运动方向和液滴收集单元2的运动方向都可以根据实际需要进行调节，在此都不作唯一限定。

实施例五：

请参阅图8和图9，现对本申请实施例五提供的液滴生成装置进行说明。该实施例五提供的液滴生成装置与上述实施例一提供的液滴生成装置的区别在于：排液单元1由移液枪枪头12替代，液体输送单元与移液枪枪头12相连，驱动单元3与移液枪枪头12相连，移液枪枪头12垂直于水平面设置。具体地，液体输送单元的底部与移液枪枪头12的一端连接，移液枪枪头12的另一端伸入连续相液面以下，并通过驱动单元3驱动移液枪枪头12高频率来回振动的方式以快速生成液滴。驱动单元3可包括驱动电机31和摆动座36，移液枪枪头12安装于摆动座36上。该移液枪枪头12可直接由驱动电机31控制摆动座36的摆动以实现振动，通过改变振幅及振动频率，从而改变液滴大小，该方式生成的液滴均一、稳定，CV值能控制在3％以下。液体输送单元与移液枪枪头12的组合，也可以对液滴尺寸大小进行调节，操作和取材更加简便，成本低。其中，移液枪枪头12可为实验室常规的10ul—300ul枪头，在此不作唯一限定。

比如，当使用200ul移液枪枪头12，驱动单元3驱动移液枪枪头12来回振动的振幅为60Hz，液体输送单元以稳定流速输送分散相时，分散相可以在连续相中被切成均一稳定的液滴，液滴平均直径为108.10um，CV值为1.00％。

当使用20ul移液枪枪头12，驱动单元3驱动移液枪枪头12来回振动的振幅为60Hz，液体输送单元以稳定流速输送分散相时，分散相可以在连续相中被切成均一稳定的液滴，液滴平均直径为109.02um，CV值为1.40％。

当使用10ul移液枪枪头12，驱动单元3驱动移液枪枪头12来回振动的振幅为60Hz，液体输送单元以稳定流速输送分散相时，分散相可以在连续相中被切成均一稳定的液滴，液滴平均直径为107.70um，CV值为1.30％。

本申请实施例五提供的液滴生成装置的其它结构与上述实施例一提供的液滴生成装置的对应结构相同，在此不再一一赘述。

实施例六：

请参阅图10至图12，现对本申请实施例六提供的液滴生成装置进行说明，图中箭头所示的方向为排液单元1的移动方向。该实施例六提供的液滴生成装置与上述实施例五提供的液滴生成装置的区别在于：排液单元1由移液枪枪头12替代，液体输送单元与移液枪枪头12相连，驱动单元3与移液枪枪头12相连，移液枪枪头12倾斜于分散相的液面，移液枪枪头12与分散相的液面之间的夹角θ范围可为5°-90°。具体地，液体输送单元的底部与移液枪枪头12的一端连接，移液枪枪头12的另一端伸入连续相液面以下，并通过驱动单元3驱动移液枪枪头12上下平动或绕移液枪枪头12远离液滴收集单元2的一端摆动以快速生成液滴。驱动单元3驱动移液枪枪头12平动或摆动的过程中，利用微液滴在运动过程中所遇到的各种阻力，如惯性力、粘滞力、摩擦力、相互之间的反作用力等等，再加之气相、水相、油相等各相之间表面张力大小不一，从而将所需大小的微液滴从移液枪枪头12端部直接拉断，以使连续相将由移液枪枪头12排出的分散相挤压成液滴，实现微液滴的生成。微液滴的大小控制，可通过移液枪枪头12的震动频率和振动幅度来调节，其实际的大小还受到相接触的气相、油相等成分特性及其温度、浓度等因素的影响。

本申请实施例六提供的液滴生成装置的其它结构与上述实施例五提供的液滴生成装置的对应结构相同，在此不再一一赘述。

实施例七：

请参阅图13，现对本申请实施例七提供的液滴生成装置进行说明。该实施例七提供的液滴生成装置与上述实施例六提供的液滴生成装置的区别在于：该液滴生成装置可包括多个移液枪枪头12，多个移液枪枪头12可由同一个驱动单元3驱动，或者，各移液枪枪头12对应一个驱动单元3。液滴收集单元2可包括容置器皿21，容置器皿21上开设有多个容置分散相的容置腔211，各移液枪枪头12对应一个容置腔211。当驱动单元3驱动多个移液枪枪头12平动或摆动时，可实现多个移液枪枪头12同步做高频周期运动，可实现快速且高通量的液滴生成，实现液滴尺寸大小的可控，在合适既定的条件范围，能生成稳定可控的液滴。

本申请实施例七提供的液滴生成装置的其它结构与上述实施例六提供的液滴生成装置的对应结构相同，在此不再一一赘述。

在其它实施例中，用于驱动排液单元1(液体管道11或移液枪枪头12)振动的驱动单元3包括但不限于机械式、压电式、超声式、电磁式等，在此不作唯一限定。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.液滴生成装置，其特征在于，包括：

排液单元，所述排液单元上开设有出液孔；

液体输送单元，用于向所述排液单元中供应分散相；

液滴收集单元，用于盛装连续相并收集由所述出液孔排出的液滴；

驱动单元，与所述排液单元相连，用于驱动所述排液单元与所述液滴收集单元相对运动，以使所述连续相将由所述出液孔排出的所述分散相挤压成液滴。

2.如权利要求1所述的液滴生成装置，其特征在于：所述驱动单元包括驱动电机、安装于所述驱动电机之主轴上的第一主动轮、支撑所述排液单元的支撑轴、安装于所述支撑轴上的第一从动轮和连接所述第一主动轮与所述第一从动轮的第一同步带。

3.如权利要求1所述的液滴生成装置，其特征在于：所述出液孔的中心偏离所述排液单元的中轴线。

4.如权利要求1-3任一项所述的液滴生成装置，其特征在于：所述液滴生成装置还包括用于冲击由所述出液孔排出的所述分散相以形成液滴的油管，所述油管的中轴线垂直于所述出液孔的中轴线。

5.如权利要求1-3任一项所述的液滴生成装置，其特征在于：所述出液孔的直径范围为10μm-200μm。

6.如权利要求1-3任一项所述的液滴生成装置，其特征在于：所述液滴收集单元包括用于盛装所述连续相并收集所述液滴的容置器皿和支撑所述容置器皿的支撑座。

7.如权利要求6所述的液滴生成装置，其特征在于：所述液滴生成装置还包括用于驱动所述液滴收集单元移动的液滴收集动力单元，所述液滴收集动力单元与所述支撑座相连。

8.如权利要求7所述的液滴生成装置，其特征在于：所述液滴收集动力单元包括用于驱动所述液滴收集单元与所述排液单元相对转动的液滴收集旋转电机，所述液滴收集旋转电机与所述支撑座相连。

9.如权利要求8所述的液滴生成装置，其特征在于：所述液滴收集动力单元还包括安装于所述支撑座上的第二从动轮、安装于所述液滴收集旋转电机之主轴上的第二主动轮和连接所述第二主动轮与所述第二从动轮的第二同步带。

10.如权利要求1-3任一项所述的液滴生成装置，其特征在于：所述排液单元倾斜于所述分散相的液面，所述驱动单元用于驱动所述排液单元平动或摆动。

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