[發明專利]一種制作毛細管內部微液滴的裝置及微液滴生成方法

在審

• 申請號: 201911125580.6
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN112811385A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 侯丹;殷雅俊;仲政;張奇;肖烜
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: B81B1/00
• 分類號: B81B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種制作毛細管內部微液滴的裝置，其特征在于，包括毛細管、彈性梁和固定底座，彈性梁的一端與固定底座固定連接，另一端與毛細管固定連接。

技術領域

本發明涉及微納顆粒制造、微流道制造微納液滴、3D打印等技術領域，具體涉及一種制作毛細管內部微液滴的裝置及微液滴生成方法。

背景技術

隨著精細加工的發展，微納尺度的流體現象得到廣泛關注。微液滴具有形態穩定、便于操控、不易交叉感染、成本低等優勢，在細胞科學、藥物篩選、蛋白質結晶、材料合成等領域具有重要應用。

液柱在界面張力作用下會破碎成小液滴，利用這種現象在微流道產生微液滴。這在噴墨打印機、微納米顆粒制造等方面獲得廣泛的應用。

目前，現有技術中的微液滴主要是通過在纖維外表面形成液膜，并利用其失穩、破碎從而形成微液滴。沒有涉及毛細管內部形成微液滴的裝置及方法。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的第一方面提供一種制作毛細管內部微液滴的裝置，包括毛細管、彈性梁和固定底座，彈性梁的一端與固定底座固定連接，另一端與毛細管固定連接。

在一些實施方式中，所述彈性梁和固定底座的固定連接選自一體成型、焊接、螺栓螺母連接、鉚釘連接、插口連接、卡扣連接、法蘭連接、螺紋連接中的一種。

在一些實施方式中，所述彈性梁與毛細管固定連接選自綁定、焊接、螺栓螺母連接、鉚釘連接、插口連接、卡扣連接、法蘭連接、螺紋連接中的一種。

在一些實施方式中，所述毛細管為兩端開口。

在一些實施方式中所述毛細管的直徑不超過1mm。

在一些實施方式中，所述毛細管的材質選自金屬、玻璃、塑料中的一種。

在一些實施方式中，所述彈性梁的材質選自金屬、金屬氧化物、合金中的一種。

在一些實施方式中，所述彈性梁的剛性小于毛細管的剛性，形成剛柔組合懸臂梁結構。

本發明的第二方面提供一種基于瞬態離心力驅動的毛細管內部微液滴生成方法，使用上述的制作毛細管內部微液滴的裝置，其步驟至少包括：

(1)在毛細管內部充滿液體；

(2)對彈性梁施加瞬態激勵。

在一些實施方式中，所述瞬態激勵為通過外力使彈性梁離開平衡位置一定距離，然后卸載外力，使彈性梁獲得瞬態的回復力并作自由振動。

在一些實施方式中，毛細管內部為潤濕性液體。

在一些實施方式中，外力為懸吊重物或拉力。

本發明提供一種制作毛細管內部微液滴的裝置及微液滴生成方法十分高效，能有效解決在毛細管內部形成均勻微液滴的問題。突破了現有技術對于在毛細管狹小空間中形成微液滴的局限性。

發明人在研究中發現，在本發明提供的制作毛細管內部微液滴的裝置的振動過程中，毛細管近似于剛體作定軸轉動，而毛細管內的液體會獲得一個瞬態的離心力，在該離心力作用下管內大部分液體迅速離開毛細管；但是管壁上的一層極薄的水膜由于粘滯力的作用，殘留在毛細管內壁上。毛細管內壁上的液膜在表面張力作用下表面發生失穩，先形成波長均勻的波紋狀表面，繼而斷裂融合后并形成均勻間隔的微液滴。

在本發明的微液滴生成過程中，發明人認為，離心力發揮作用類似于彈性能轉化為動能的過程。根據發明人的研究，當制作毛細管內部微液滴的裝置在瞬態回復力作用下自由振動的角速度為ω，毛細管內單位質量液體受到的離心力為

其中，r為液體到固定底座的距離。