一種氣流控制微小液滴噴射的方法與裝置的製作方法

2023-04-27 00:58:41

專利名稱：一種氣流控制微小液滴噴射的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生成微小液滴的微小液滴噴射裝置領域，特別是涉及通過氣流從而噴出微小液滴的裝置。
背景技術：
在噴射微小液滴的微小液滴噴射裝置領域，目前公知微小液滴噴射裝置是應用於噴墨印表機噴頭，主要由噴頭、控制驅動信號電路等構成；例如公開號CN1796117A中將靜電力作用於溶液而從噴出口噴出連續的微小液滴，公開號CN1404993A中在液滴發生器外殼布置一些壓電彎曲換能器，用控制信號進行高電壓驅動微小液滴噴出，然而所述微小液滴噴出裝置是應用於噴墨印表機噴頭，結構相對複雜還需要繁雜的控制電路驅動。在化學領域，如微量化學反應裝置及電噴霧萃取電離質譜、微流控晶片與電噴霧電離質譜聯用等化學領域，需要使用微小液滴，因此對於微小液滴噴射裝置存在需求。目前尚沒有通過氣流控制微小液滴噴射的微小液滴噴射裝置。

發明內容
本發明的目的在於提供一種通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，其包括位於中心的用於噴射液體的毛細管，毛細管底部設置毛細管滴頭，以及在毛細管滴頭外圍的用於噴射氣流的噴口，從噴口噴出的氣流作用於噴口中間毛細管滴頭生成的微小液滴從而使微小液滴噴射，通過控制氣流即可控制微小液滴的大小和速度，無需複雜的噴嘴結構及繁雜的控制驅動電路。本發明的另一目的在於提供一種通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，其中毛細管滴頭外徑為280 μ m以下，其通過以下方式獲得去掉石英毛細管一端的聚醯亞胺外保護層，將去保護層的一端插入氫氟酸溶液中刻蝕，得到期望的外徑大小的毛細管滴頭。根據本發明提供的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，通過控制氣流即可控制微小液滴，結構簡單，無需複雜的噴嘴結構和繁雜的控制驅動電路，且其中毛細管噴頭的外徑可達到280 μ m以下，從而能噴射出微小液滴，此外毛細管滴頭通過化學處理加工得到，加工過程簡單不需要大型、複雜儀器設備或特殊化學試劑。


圖1示出根據本發明所述的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的最優選實施方式的毛細管示意圖；圖2示出根據本發明所述的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的最優選實施方式的小錐形管示意圖；圖3示出根據本發明所述的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的最優選實施方式的小錐形管與毛細管組裝結構示意圖；圖4示出根據本發明所述的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的最優選實施方式的小錐形管與毛細管及大錐形管組裝結構示意圖；圖5示出根據本發明所述的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的最優選實施方式的結構剖面示意圖；圖6示出根據本發明所述的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的最優選實施方式的的立體結構示意圖；附圖標記說明I-毛細管進液口2-毛細管內通道
3-毛細管
4-塞子
5-三通管第:二埠
6-三通管
7-三通管第:三埠
8-三通管第-一埠
9-三通管第-一埠與大錐形1r底面相接處
10--大錐形售〒底面
11--小錐形售〒底面
12--小錐形售〒底面與大錐形管內壁相交處
13--小錐形售
14--小錐形售〒管壁氣流過孔
15--小錐形售〒外管壁與大錐形:管內壁之間形成空隙
16--大錐形售〒尖端
17--小錐形售〒尖端以及小錐形管尖端與毛細管相接
18--套管
19--套管噴口處
20--毛細管滴頭
21--大錐形售
具體實施例方式下面結合附圖，通過具體實施方式

對本發明進行詳細說明。本發明的特點和優點將隨著這些說明變得更為清楚、明確。在液滴(落滴)從毛細管管口落下時，由測表面張力滴體積法、滴重法可知，落滴的大小與管口半徑及液體表面張力有關。mg = f . 2 Ji R · σ (1)式(1)中m為落滴的質量；g為重力加速度；R為管口半徑s為液體的表面張力； 校正因子f是毛細管半徑和液滴體積的函數。此式表示沿管口周邊作用的表面張力支持液體懸掛，表面張力與重力方向正好相反，當液滴所受重力超過表面張力無限小量時，即可全部自管口脫落。由以上液滴表面張力測試滴重法可知，要使得從毛細管管口滴落更小體積液滴，可以施加作用於液滴上的外力F，則有F+mg = f · 2 π R · σ (2)式(2)表明在液滴表面張力(f · 2 π R · σ)不變情況下，如果施加一個作用於液滴上且方向與液滴表面張力相反方向的外力F，則mg減小，液滴體積V也相應變小。如果通過氣流向液體施加作用力F，即可使得微小液滴容易地從毛細管口脫落，並且，隨著氣流速度加快，滴落的液滴變小。因此，通過氣流作用於毛細管滴頭，調節氣流流速，即可獲得滴落的期望大小的液滴。根據本發明的一方面，提供一種通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，其包括位於中心的用於噴射液體的毛細管，毛細管底部設置毛細管滴頭，以及在毛細管滴頭外圍的用於噴射氣流的噴口，從噴口噴出的氣流作用於噴口中間毛細管滴頭生成的微小液滴從而使微小液滴噴射，通過控制氣流即可控制微小液滴的大小和速度，無需複雜的噴嘴結構及繁雜的控制驅動電路。為了獲得均勻吹送的氣流，在根據本發明的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的優選實施方式中，設置氣流噴射裝置，其與噴口密接，其中氣流噴射裝置包括進氣通道，沿著氣流方向在進氣通道後設置的氣腔內壁和氣腔外壁，氣腔外壁頂端與進氣通道相接，在氣腔內壁和氣腔外壁間形成氣腔，在氣腔內壁上開口，氣腔外壁底端與噴口相接，氣流從進氣通道進入，經開口後從噴口噴出。作為氣源，可以使用氣體發生器、注射泵等產生氣體的儀器，其與進氣通道連接，提供氣流。在進一步優選的實施方式中，氣腔內壁底端與毛細管相接。在進一步優選的實施方式中，氣腔內壁為錐面。在進一步優選的實施方式中，氣腔內壁上均勻開口。在根據本發明的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置的最優選實施方式中，如圖6 所示，提供通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，包括毛細管3 所述毛細管的一端設置為毛細管滴頭20，所述毛細管另一端設置為進液口 1 ；小錐形管13 所述小錐形管作為氣腔內壁，在其管壁中段均勻開設開口作為氣流過孔14，所述毛細管穿過所述小錐形管，所述毛細管滴頭20與所述小錐形管尖端17朝向一致，所述小錐形管中軸線與所述毛細管中心線重合，以及所述毛細管與所述小錐形管尖端相交處17緊密黏貼；大錐形管21 所述大錐形管作為氣腔外壁，所述小錐形管嵌入所述大錐形管，所述小錐形管外管壁與所述大錐形管內壁形成空隙(氣腔)15，所述大錐形管尖端16與所述小錐形管尖端17朝向一致且平齊，所述大、小錐形管中軸線重合，所述小錐形管底面邊與所述大錐形管內壁相交處12緊密黏貼；三通管6 所述三通管的第一管口 8與所述大錐形管底面10相接緊密黏貼；所述毛細管進液口一端從所述三通管的第二管口伸出；所述三通管的第三管口為進氣口與氣體發生器相連；塞子4 所述毛細管進液口 1從所述塞子4中心穿過且延伸出，所述塞子緊密塞住所述三通管的第二管口 5;套管18 所述套管18外套於所述大錐形管尖端16，所述毛細管滴頭20從所述套管噴口 19伸出，所述套管中心線與所述大錐形管中軸線重合。更優選地，所述小錐形管尖端與所述大錐形管尖端平齊。進一步優選地，所述小錐形管為PP (聚丙烯)材質或其它牢固易於加工材料。進一步優選地，所述大錐形管為PP (聚丙烯)材質或其它牢固易於加工材料。進一步優選地，所述三通管可以為玻璃或塑料、金屬及其它材質，所述三通管可以為T形、Y形或其它形狀。進一步優選地，所述塞子為矽膠或橡膠材質。進一步優選地，所述套管為矽膠或其它材質。此外，根據上述式(1)，當滴液體從毛細管滴頭自然垂直滴落時，落滴的大小與管口半徑及液體表面張力有關，在液體表面張力不變時，毛細管滴頭越小，則滴落的液滴體積越小。因此，為了獲得更小的落滴，需要提供更細的毛細管滴頭。根據本發明的一方面，提供上述通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，其中毛細管滴頭外徑為280 μ m以下，其通過以下方式獲得去掉石英毛細管一端的聚醯亞胺外保護層，將毛細管去保護層的一端插入氫氟酸溶液中刻蝕，得到期望的外徑大小的毛細管滴頭。在優選實施方式中，毛細管滴頭外徑為100 μ m以下。在優選實施方式中，通過灼燒去除毛細管一端的聚醯亞胺外保護層。在優選實施方式中，將毛細管去保護層的一端插入20%的氫氟酸溶液中刻蝕。根據本發明提供的通過氣流控制微小液滴噴射的裝置具有以下優點(1)、所用材料為實驗室常用材料，易於獲得，成本極低；(2)、加工技術簡單，無需大型、複雜儀器設備或特殊化學試劑；(3)、裝置組裝過程方便，可批量生產；(4)、採用不同尺寸的毛細管滴頭得到微小液滴的大小範圍較廣；(5)、不需要複雜的噴頭結構及繁雜的控制電路驅動；(6)、適用於噴射水溶液和大部分有機溶液，尤其適合低表面張力的液體。實施例以下通過範例性實例進一步說明。所用材料T形玻璃三通導管=5Omm(寬)X7Omm(長)X8mm(管外徑)；矽膠管2mmX 4mm注射橡膠塞石英毛細管25um(內徑)X 300um(外徑)502瞬間強力膠移液器吸頭1 :6 X 50讓；移液器吸頭2 :8 X 70讓實施例1(1)石英毛細管滴頭製作如圖1、5，取一段30cm長石英毛細管(內徑25umX外徑300um)，一端取Icm置於
酒精燈上灼燒至外保護層(聚醯亞胺)完全變黑，將變黑後的外保護層去掉，去掉外保護層一端插入氫氟酸溶液中刻蝕，在顯微鏡下測量毛細管滴頭20外徑，直至毛細管滴頭20達到40um時取出，刻蝕時間10h，最後將毛細管滴頭20用大量水衝洗。(2)小錐形管制作如圖2，取小移液器吸頭1 (6 X 50mm)，將5mL —次性注射器針頭置於酒精燈上灼燒至通紅，同時將燒至通紅的針頭在移液器吸頭管壁中段位置環繞一周打6個通孔14，每個孔大小一樣孔位間距相等。(3)大錐形管制作如圖4、5，取大移液器吸頭2 (8 X 70mm)，在吸頭尖端處取Icm裁掉，得到尖端16孔直徑為3mm。(4)套管制作如圖5，從矽膠管QX4mm)上裁剪1. 2cm作為套管18。(5)選取三通管、塞子如圖5，選取規格適合塞住三通玻璃管管口的注射橡膠塞4，選取一個T形三通玻璃管 6 (50mm X 70mm X 8mm)。(6)裝置組裝將毛細管置於小移液器吸頭中，毛細管滴頭20與小移液器吸頭尖端朝向一致，在小移液器吸頭尖端17用502瞬間強力膠緊密黏接毛細管(如圖3、5)；待膠幹後，將小移液器吸頭13嵌入大移液器吸頭21，小移液器吸頭尖端17與大移液器吸頭尖端平齊16，把小移液器吸頭底面外側與大移液器吸頭內壁相交處12用502瞬間強力膠緊密黏(如圖4、5)； 待膠幹後，將矽膠管18外套於大移液器吸頭尖端16，再將三通玻璃管第一管口 8與大移液器吸頭底面10相接，用502瞬間強力膠緊密黏貼或用橡膠管緊密連接；最後毛細管進液口 1穿過注射橡膠塞4並緊密塞住三通玻璃管第二管口 5。實施例2(1)石英毛細管滴頭製作取一段30cm長石英毛細管(內徑25umX外徑300um)，一端取Icm置於酒精燈上灼燒至外保護層(聚醯亞胺)完全變黑，將變黑後的外保護層去掉，作為毛細管滴頭，在顯微鏡下測量毛細管滴頭外徑為^Oum。(2)小錐形管制作如圖2，取小移液器吸頭1 (6 X 50mm)，將5mL —次性注射器針頭置於酒精燈上灼燒至通紅，同時將燒至通紅的針頭在移液器吸頭管壁中段位置環繞一周打6個通孔14，每個孔大小一樣孔位間距相等。(3)大錐形管制作如圖4、5，取大移液器吸頭2 (8 X 70mm)，在吸頭尖端處取Icm裁掉，得到尖端16孔直徑為3mm。(4)套管制作如圖5，從矽膠管QX4mm)上裁剪1. 2cm作為套管18。(5)選取三通管、塞子如圖5，選取規格適合塞住三通玻璃管管口的注射橡膠塞4，選取一個T形三通玻璃管 6 (50mm X 70mm X 8mm)。(6)裝置組裝
將毛細管置於小移液器吸頭中，毛細管滴頭20與小移液器吸頭尖端朝向一致，在小移液器吸頭尖端17用502瞬間強力膠緊密黏接毛細管(如圖3、5)；待膠幹後，將小移液器吸頭13嵌入大移液器吸頭21，小移液器吸頭尖端17與大移液器吸頭尖端平齊16，把小移液器吸頭底面外側與大移液器吸頭內壁相交處12用502瞬間強力膠緊密黏(如圖4、5)； 待膠幹後，將矽膠管18外套於大移液器吸頭尖端16，再將三通玻璃管第一管口 8與大移液器吸頭底面10相接，用502瞬間強力膠緊密黏貼或用橡膠管緊密連接；最後毛細管進液口 1穿過注射橡膠塞4並緊密塞住三通玻璃管第二管口 5。實施例3用本發明裝置實現微小液滴噴射步驟如下(1)、如圖5、6，將實施例1中組裝完成的裝置固定於鐵架臺支架上，噴口 19、毛細管滴頭20垂直向下。O)、選取一次性注射器(ImL)、微型注射泵控制器(保定格蘭TJ-1A)、排氣泵(海利AC0-96(^)；—次性注射器裝上200ppm羅丹明溶液並置於注射泵上。(3)、如圖5、6，毛細管進液口 1與微型注射泵控制器上的一次性注射器針頭相連； 三通玻璃管第三管口 7與氣體發生器(排氣泵出氣口)緊密相連。0)、設置排氣泵、微型注射泵控制器參數，依次開啟排氣泵、微型注射泵控制器。當注射泵推動注射器上的羅丹明溶液，由於液體表面張力毛細管滴頭產生液滴， 此時毛細管滴頭液滴受噴口氣流的作用力，滴頭上的液滴到一定大小時滴落(噴射)；在溶液注射速度不變時調整排氣泵排氣量大小，則噴射的微小液滴相應的大小變化，排氣量越大噴射的微小液滴體積越小、間隔時間越短，反之相反；在排氣泵排氣量速度不變時調整溶液注射速度則噴射出的微小液滴大小不變但間隔時間相應變化，溶液注射速度越快噴射出的微小液滴間隔時間越小，反之相反。以上通過範例性具體實例對本發明進行了詳細說明，不過這些實例並不應理解為對本發明的限制，本領域技術人員理解，在不偏離本發明精神和範圍的情況下，可以對本發明的技術方案及其實施方式進行多種改進、替換或修飾，這些均應落入本發明的保護範圍內。文中提及的所有文獻，在此全文引入作為參考。
權利要求
1.一種通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，其包括位於中心的用於噴射液體的毛細管以及在毛細管滴頭外圍的用於噴射氣流的噴口，在毛細管底部設置毛細管滴頭，從噴口噴出的氣流作用於毛細管滴頭從而使液體從毛細管滴頭形成微小液滴並且從毛細管滴頭微小噴射。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中毛細管滴頭外徑為280μ m以下，其通過以下方式獲得去掉石英毛細管一端的聚醯亞胺外保護層，將去保護層的一端插入氫氟酸溶液中刻蝕，得到外徑為期望大小的毛細管滴頭。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，還包括氣流噴射裝置，所述氣流噴射裝置包括進氣通道，沿著氣流方向在進氣通道後設置的氣腔內壁和氣腔外壁，氣腔外壁頂端與進氣通道相接，在氣腔內壁和氣腔外壁間形成氣腔，在氣腔內壁上開口，氣腔外壁底端與噴口相接， 氣流從進氣通道進入，經開口後從噴口噴出。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中氣腔內壁底端處與毛細管相接。
5.根據權利要求3所述的裝置，其中，氣腔內壁為錐面。
6.根據權利要求3所述的裝置，其中，在氣腔內壁上均勻開口。
7.根據權利要求2-6中任一項所述的裝置，其中，毛細管滴頭外徑為IOOym以下。
8.根據權利要求2-7中任一項所述的裝置，其中，通過灼燒去除毛細管一端的聚醯亞胺外保護層，將毛細管去保護層的一端插入20%的氫氟酸溶液中刻蝕。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的裝置，包括毛細管所述毛細管的一端設置為毛細管滴頭，所述毛細管另一端設置為進液口 ；小錐形管所述小錐形管作為氣腔內壁，在其管壁中段均勻開設開口作為氣流過孔， 所述毛細管穿過所述小錐形管，所述毛細管滴頭與所述小錐形管尖端朝向一致，所述小錐形管中軸線與所述毛細管中心線重合，以及所述毛細管與所述小錐形管尖端相交處緊密黏貼；大錐形管所述大錐形管作為氣腔外壁，所述小錐形管嵌入所述大錐形管，所述小錐形管外管壁與所述大錐形管內壁形成空隙(氣腔)，所述大錐形管尖端與所述小錐形管尖端朝向一致且平齊，所述大、小錐形管中軸線重合，所述小錐形管底面邊與所述大錐形管內壁相交處緊密黏貼；三通管所述三通管的第一管口與所述大錐形管底面相接緊密黏貼；所述毛細管進液口 一端從所述三通管的第二管口伸出；所述三通管的第三管口為進氣口與氣體發生器相連；塞子所述毛細管進液口從所述塞子中心穿過且延伸出，所述塞子緊密塞住所述三通管的第二管口；套管所述套管外套於所述大錐形管尖端，所述毛細管滴頭從所述套管噴口伸出，所述套管中心線與所述大錐形管中軸線重合。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中，所述小錐形管尖端與所述大錐形管尖端平齊。
全文摘要
本發明公開一種通過氣流控制微小液滴噴射的裝置，其包括位於中心的用於噴射液體的毛細管，毛細管底部設置毛細管滴頭，以及在毛細管滴頭外圍的用於噴射氣流的噴口，從噴口噴出的氣流作用於噴口中間毛細管滴頭生成的微小液滴從而使微小液滴噴射，其中毛細管滴頭外徑為280μm以下。通過控制氣流即可控制微小液滴，結構簡單，無需複雜的噴嘴結構和繁雜的控制驅動電路，且其中毛細管噴頭的外徑可達到100μm以下，從而能噴射出微小液滴，此外毛細管滴頭通過化學處理加工得到，處理加工過程簡單不需要大型、複雜儀器設備或特殊化學試劑。
文檔編號B41J2/11GK102490470SQ201110402849
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者張煒奮, 曾荔明, 林素芬 申請人:北京清科奧博儀器設備有限公司