[發明專利]一種基于聲表面波的皮升級液滴噴射裝置及方法

在審

• 申請號: 202211442952.X
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115722283A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 楊欣
• 申請（專利權）人: 武漢歐必諾生物科技有限公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B01J19/10;B05B17/04
• 代理公司: 武漢天領眾智專利代理事務所(普通合伙) 42300
• 代理人: 陳三九

本發明提出了一種基于聲表面波的皮升級液滴噴射裝置，包括中部設有噴射孔的噴射板，所述噴射板的正面用于加載待噴射原液，所述噴射板的背面固定連接有環形振板，所述環形振板采用壓電材料制成；所述噴射裝置還包括激勵主機，所述激勵主機與環形振板電連接。本發明利用壓電材料的逆壓電效應，通過給環形振板施加交流激勵電信號，驅動環形振板規律性振動，環形振板將振動傳遞給剛性的噴射板，噴射板振動作用于液體時，使液體克服表面張力的作用，從而形成液滴并從噴射孔底部逸出；通過調節激勵主機的輸出電壓和頻率，可以靈活控制并實現不同體積液滴的間斷性和持續性皮升級液滴生成，液滴生成體積最小可達0.5皮升。

技術領域

本發明涉及微液滴生成技術領域，尤其涉及一種基于聲表面波的皮升級液滴噴射裝置及方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，研究者們對實驗體系及精度要求越來越高，反應體系逐漸變得微量化。在生物、醫藥、化學和納米材料等領域，微量的反應體系對試驗分析和測定越來越常態化。因此，如何進行高通量和精確的生成液滴成為制約行業發展的因素之一。

目前，市面上微液滴生成方法主要基于微流控的微液滴生成系統。該系統一般基于“T”型結構可形成大小均勻的液滴，并能與下游分析結合，從而實現下游的高通量分析，但是微流控的液滴生成系統目前仍存在許多缺陷，包括液滴大小不易調整、成本較高以及操作難度較大等特點，制約其在行業中的應用。此外，對于微流控系統，不同樣品之間的污染也是影響其應用的因素。因此，開發出成本低、通量高、能實現快速液滴生成的技術具有重要的意義。

當前，關于皮升級液滴生成，大多是利用微流控的方式，體積大多是幾百皮升，并且對于皮升級液滴生成，體積越小，設備要求越高。此外，目前基于聲表面波的液滴噴射技術，通常需要較高的發生功率和較大的振動頻率，并且在噴射過程中，液滴大小難以控制，連續噴射難度較大。

發明內容

本發明提出一種基于聲表面波的皮升級液滴噴射裝置及方法，解決了現有技術中液滴大小難以控制，連續噴射難度較大等問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

根據本發明的一個方面，提供了一種基于聲表面波的皮升級液滴噴射裝置，包括中部設有噴射孔的噴射板，所述噴射板的正面用于加載待噴射原液，所述噴射板的背面固定連接有環形振板，所述環形振板采用壓電材料制成；所述噴射裝置還包括激勵主機，所述激勵主機與環形振板電連接。

壓電材料是一種功能性材料，其特點是具有正壓電效應和逆壓電效應。在機械力作用下，壓電材料正負電荷中心會發生偏移，從而產生極化；而在電場作用下，壓電材料會產生形變?；诖嗽?，當施加一個規律性電壓時，壓電材料會產生規律性形變運動，從而產生振動，當振動傳播至噴射板時，會帶動噴射板的振動；在此過程中，壓電材料產生的聲波包括聲表面波和體聲波，但是對于材料的振動，聲表面波發揮了關鍵的作用。剛性材料(噴射板)振動作用于液體時，使液體克服表面張力的作用，從而形成液滴并從噴射孔底部逸出。本發明利用壓電材料的這種逆壓電效應設計了一種低成本皮升級液滴生成裝置，通過調節激勵主機的輸出電壓和頻率，可以靈活控制并實現不同體積液滴的間斷性和持續性皮升級液滴生成，液滴生成體積最小可達0.5皮升。

作為本發明優選的方案，所述噴射板的正面密封連接有倒錐形加樣斗，所述加樣斗的底部與噴射孔連通；本發明通過在噴射板正面安裝加樣斗，可以精確控制液滴噴射體積，保證連續噴射。

作為本發明優選的方案，所述噴射孔采用電火花打孔得到；采用電火花穿孔得到的噴射孔為均勻的圓形，孔內徑上下端尺寸一致，無燒焦痕跡，且孔表面無附著的材料，更利于液滴的噴射。

作為本發明優選的方案，所述噴射孔的孔徑為30～100μm，具體實施過程中，可根據實際需求(液滴的精度要求)選擇加工合適孔徑的噴射孔。