[发明专利]嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法，属于微流控技术领域，该装置主要由振动的压电叠堆通过针管上的小孔嵌入流动聚焦的管道中，所述压电叠堆一端通过基座与针管粘接，另一端通过绝缘膜与管道中的流体接触；对于液驱流动聚焦系统，驱动液从驱动液入口流经圆孔，对由管道通入的微液滴相提供剪切力形成稳定的锥形，微液滴相进而穿过圆孔形成射流柱，容器里面的液体通过出口流出。当加压电叠堆的扰动时，振动能量通过绝缘膜传递至管道中的流体，振动能量在形成锥形和射流柱的过程中实现扰动的效果，本发明技术方案通过控制压电叠堆的驱动电压、驱动频率或驱动波形来控制射流柱破碎产生的微液滴尺寸、生成频率。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法。

背景技术

微滴的形成过程很直观地说明了微流体处理的复杂性。与表面张力有关的相对小的力在微滴形成过程中产生高度的非线性且对外部干扰异常敏感。从连续液相形成液滴，需要引入能量进而转换成微滴形成后的表面能量。当此能量仅来源于流体压力，并无外界能量输入时，为被动控制；相反，在微滴生成过程中，有外界能量输入时为主动控制。被动控制的经典结构为：T型和流动聚焦型。这两种结构的被动控制主要是通过改变流量或压力来实现。被动控制的最大问题是：响应时间太长，通常为几秒钟甚至几分钟。较长的响应时间主要受制于相对较大的流体阻力。在预先设置好的流量与压力下，此时若想得到一个特定尺寸的微滴，唯一的办法就是调节液体属性和通道的形状。根据外部输入能量类型的不同，微滴主动控制生成主要分为：热控制，磁控制，气驱/液驱控制，压电控制等。由于压电驱动具有很快的响应，一般可达到200μs，所以对于压电主动激励制备微液滴的研究受到越来越多的关注，目前压电扰动的引入主要针对微流控芯片，如在进口管道上引入压电圆片、压电双晶片或压电叠堆的振动来控制微液滴形成的体积或频率。相比于微流控芯片的微液滴制备，利用液驱流动聚焦的微液滴制备具有很多优势，如低成本，高包封率，高产量等。但目前二维平面的微流控芯片技术所生成的微液滴经常与腔壁接触而变形，而基于液驱的流动聚焦三维装置所生成的微液滴在液体环境中，对外部的扰动的影响也小，浸润性问题也得到进一步改善，但目前对基于液驱的流动聚焦，通常是改变流量来改变生成微液滴的尺寸和生成频率，但是改变的幅度有限，流量太大和太小都不易行程稳定的锥形，而且生成的微液滴尺寸均匀度差，常伴有卫星液滴的出现，因此如何提供一种基于液驱的流动聚焦三维装置的压电式微液滴主动制备装置是需要解决的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法，能以压电扰动的方式主动控制制备微液滴。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，包括：

压电叠堆、绝缘膜和基座；其中，

所述压电叠堆前端嵌入设置在安装有绝缘膜的针管侧壁的通孔内，通过所述绝缘膜与管道中的流体接触；

所述压电叠堆后端与所述基座连接，所述基座设置在所述针管外壁上。

本发明实施方式还提供一种嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备方法，采用本发明所述的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置，包括以下步骤：

通过控制所述微液滴主动制备装置的压电叠堆的驱动电压、驱动频率或驱动波形控制射流柱破碎产生的微液滴尺寸和生成频率，所述驱动电压小于压电叠堆的击穿电压，所述驱动波形为正弦波、方波或锯齿波中的任一种。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法，其有益效果为：