[發明專利]嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201710370198.6
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107013440B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 司廷;黃芳勝;吳強;朱志強;楊超宇
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: F04B43/04
• 分類號: F04B43/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;付久春

本發明公開了一種嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備裝置及方法，屬于微流控技術領域，該裝置主要由振動的壓電疊堆通過針管上的小孔嵌入流動聚焦的管道中，所述壓電疊堆一端通過基座與針管粘接，另一端通過絕緣膜與管道中的流體接觸；對于液驅流動聚焦系統，驅動液從驅動液入口流經圓孔，對由管道通入的微液滴相提供剪切力形成穩定的錐形，微液滴相進而穿過圓孔形成射流柱，容器里面的液體通過出口流出。當加壓電疊堆的擾動時，振動能量通過絕緣膜傳遞至管道中的流體，振動能量在形成錐形和射流柱的過程中實現擾動的效果，本發明技術方案通過控制壓電疊堆的驅動電壓、驅動頻率或驅動波形來控制射流柱破碎產生的微液滴尺寸、生成頻率。

技術領域

本發明涉及微流控技術領域，尤其涉及一種嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備裝置及方法。

背景技術

微滴的形成過程很直觀地說明了微流體處理的復雜性。與表面張力有關的相對小的力在微滴形成過程中產生高度的非線性且對外部干擾異常敏感。從連續液相形成液滴，需要引入能量進而轉換成微滴形成后的表面能量。當此能量僅來源于流體壓力，并無外界能量輸入時，為被動控制；相反，在微滴生成過程中，有外界能量輸入時為主動控制。被動控制的經典結構為：T型和流動聚焦型。這兩種結構的被動控制主要是通過改變流量或壓力來實現。被動控制的最大問題是：響應時間太長，通常為幾秒鐘甚至幾分鐘。較長的響應時間主要受制于相對較大的流體阻力。在預先設置好的流量與壓力下，此時若想得到一個特定尺寸的微滴，唯一的辦法就是調節液體屬性和通道的形狀。根據外部輸入能量類型的不同，微滴主動控制生成主要分為：熱控制，磁控制，氣驅/液驅控制，壓電控制等。由于壓電驅動具有很快的響應，一般可達到200μs，所以對于壓電主動激勵制備微液滴的研究受到越來越多的關注，目前壓電擾動的引入主要針對微流控芯片，如在進口管道上引入壓電圓片、壓電雙晶片或壓電疊堆的振動來控制微液滴形成的體積或頻率。相比于微流控芯片的微液滴制備，利用液驅流動聚焦的微液滴制備具有很多優勢，如低成本，高包封率，高產量等。但目前二維平面的微流控芯片技術所生成的微液滴經常與腔壁接觸而變形，而基于液驅的流動聚焦三維裝置所生成的微液滴在液體環境中，對外部的擾動的影響也小，浸潤性問題也得到進一步改善，但目前對基于液驅的流動聚焦，通常是改變流量來改變生成微液滴的尺寸和生成頻率，但是改變的幅度有限，流量太大和太小都不易行程穩定的錐形，而且生成的微液滴尺寸均勻度差，常伴有衛星液滴的出現，因此如何提供一種基于液驅的流動聚焦三維裝置的壓電式微液滴主動制備裝置是需要解決的問題。

發明內容

基于現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供一種嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備裝置及方法，能以壓電擾動的方式主動控制制備微液滴。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明實施例提供一種嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備裝置，包括：

壓電疊堆、絕緣膜和基座；其中，

所述壓電疊堆前端嵌入設置在安裝有絕緣膜的針管側壁的通孔內，通過所述絕緣膜與管道中的流體接觸；

所述壓電疊堆后端與所述基座連接，所述基座設置在所述針管外壁上。

本發明實施方式還提供一種嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備方法，采用本發明所述的嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備裝置，包括以下步驟：

通過控制所述微液滴主動制備裝置的壓電疊堆的驅動電壓、驅動頻率或驅動波形控制射流柱破碎產生的微液滴尺寸和生成頻率，所述驅動電壓小于壓電疊堆的擊穿電壓，所述驅動波形為正弦波、方波或鋸齒波中的任一種。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的嵌入壓電疊堆擾動的微液滴主動制備裝置及方法，其有益效果為：