一种全液滴整流器以及流体液滴位移控制系统技术方案

本发明专利技术涉及化学仪器领域，特别是涉及一种全液滴整流器及其制备方法，以及采用全液滴整流器的流体液滴位移控制系统和一种微量流体液滴的移动控制方法。全液滴整流器包含基材和多条弧形的棘齿单元。其中，基材呈条形平板状。棘齿单元呈长条形，棘齿单元平行等间隔地设置在基材的上表面，并沿基材的延伸方向依次呈鱼鳞状渐次排列。棘齿单元在基材上朝弧形结构的圆心一侧倾斜，且每条弧形的棘齿单元相对平行于基材延伸方向的一条中线对称。流体液滴位移控制系统包括：信号发生器、振动发生器、全液滴整流器、液滴注射器、以及控制器。本发明专利技术解决了现有流体整流方法存在的传输速率低，传输方向单一、输送量小，难以输送活性物质等问题。难以输送活性物质等问题。难以输送活性物质等问题。

A full droplet rectifier and fluid droplet displacement control system

【技术实现步骤摘要】
一种全液滴整流器以及流体液滴位移控制系统


[0001]本专利技术涉及化学仪器领域，特别是涉及一种全液滴整流器及其制备方法，以及采用全液滴整流器的流体液滴位移控制系统和一种微量流体液滴的移动控制方法。

技术介绍

[0002]在生物医学检测和化学医药领域，通常需要对微量的流体位移操纵，进而实现对微生物或小分子类活性物质进行定量和定向输送的目的。这种进行流体定向输送的设备通常称为流体整流器。现有的实现流体整流的方法主要有电场型、热场型、磁场型和光场型。其中，电场型是采用电润湿或电祛湿的方式改变流体流向。磁场性是利用磁场作为驱动力操作流体流动。光场型则是利用光源作为激发源，对目标物进行照射，驱动流体定向位移。热场型则是通过热蒸发等方式驱动流体转移。
[0003]以上各个流体位移驱动方式均可以在不同场景下对流体的移动过程进行操纵。但是现有的各种流体整流方式仍然存在会存在流体位移速率低，无法实现多向传输、操纵的流体体积较小等问题。此外，部分整流方法还可能对输送的流体的化学性质或物理性质产生影响，造成流体中负载的特定物质变性，失去生物活性等等。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有流体整流方法存在的传输速率低，传输方向单一、输送量小，难以输送活性物质等问题；提供一种全液滴整流器及其制备方法，以及采用全液滴整流器的流体液滴位移控制系统和一种微量流体液滴的移动控制方法。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种全液滴整流器，该产品用于可控地定向移动目标流体的液滴。全液滴整流器包含基材和多条弧形的棘齿单元。其中，基材呈条形平板状。棘齿单元呈长条形，棘齿单元平行等间隔地设置在基材的上表面，并沿基材的延伸方向依次呈鱼鳞状渐次排列。棘齿单元在基材上朝弧形结构的圆心一侧倾斜，且每条弧形的棘齿单元相对平行于基材延伸方向的一条中线对称。全液滴整流器中所有的棘齿单元构成棘齿阵列，棘齿阵列作为平行于基材延伸方向的液流通道。
[0007]本专利技术提供的全液滴整流器使用时，待输送的液滴滴加在液流通道上。当以预设振动方向、振动频率和振动幅度的声场驱动全液滴整流器共振时，目标流体的液滴在液流通道上以相应的运动速度和运动方向定向移动。改变振动方向、振动频率和振动幅度后，流体的运动速度和运动方向随之改变，即实现：通过声场驱动流体运动的目的。
[0008]作为本专利技术进一步的改进，棘齿单元的曲率半径为R：3mm＜R＜10mm。棘齿阵列的相邻棘齿单元间构成一个沟槽。棘齿单元的顶部距基材上表面的垂直高度为槽深D，D：90μm＜D＜150μm。相邻棘齿单元的间距为槽宽P，P：120μm＜P＜160μm。棘齿单元下表面与基材所在平面的夹角为下倾角α1，α1：45
°
＜α1＜70
°
。棘齿单元上表面与基材所在平面的夹角为上倾角α1，α2：20
°
＜α2＜45
°
。
[0009]作为本专利技术进一步地改进，棘齿阵列的最佳结构参数为：R＝5.2mm；P＝152.2μm；D＝100.5μm；α1＝57
°
；α2＝37
°
。
[0010]作为本专利技术进一步的改进，全液滴整流器可以采用金属、陶瓷、玻璃、半导体或有机聚合物材料制备而成。具体地，常见的可使用的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅片、聚四氟乙烯等。
[0011]作为本专利技术进一步的改进，基材采用在目标流体浸润条件下具有化学稳定性，且二者间的固
‑
液界面夹角θ＞90
°
的材料制备而成。
[0012]作为本专利技术进一步的改进，液流通道的材料表面涂布有改性涂层，所述改性涂层采用在目标流体浸润条件下具有化学稳定性，且二者间的固
‑
液界面夹角θ＞90
°
的材料制备而成。
[0013]本专利技术还包括一种流体液滴位移控制系统，该控制系统用于以液滴的形式按照目标流速向目标方向定向输送任意类型的目标流体。位移控制系统包括：信号发生器、振动发生器、全液滴整流器、液滴注射器、以及控制器。
[0014]其中，信号发生器用于根据人工输入的包含移动速度和移动方向的控制指令，生成一个包含振动方向、振幅和振动频率的振动控制信号，和/或生成一个包含转动角度的转动信号。其中，振动方向、振幅和振动频率构成第一变量组，移动方向和移动速度构成第二变量组；信号发生器中预设有第一变量组和第二变量组之间的映射关系。
[0015]振动发生器包括振动电机、转向电机和振动平台。振动平台的上表面保持水平，振动平台中央含有一个安装槽。振动平台分别与振动电机和转向电机的输出轴通过传动机构连接，转向电机用于接收信号发生器生成的转动控制信号，并按照预设的转动角度驱动振动平台在水平面转动。振动电机用于接收信号发生器生成的振动控制信号，并按照预设的振动方向、振幅和振动频率驱动振动平台水平或竖直振动。
[0016]全液滴整流器采用如前述的产品；全液滴整流器的结构参数和产品的材料种类根据待输送的流体液滴的性质进行选型。全液滴整流器可拆卸安装在振动平台的安装槽内。
[0017]液滴注射器，其用于盛装带输送的流体，并将流体以预设的体积大小滴加到全液滴整流器的液流通道的目标位置。
[0018]控制器与信号发生器、液滴注射器电连接。控制器用于控制信号发生器和液滴注射器的运行状态。
[0019]作为本专利技术进一步的改进，流体液滴位移控制系统中还包括一个涂布器。涂布器用于根据预设的涂布厚度向全液滴整流器的表面均匀地涂布润滑剂。涂布器与控制器电连接，控制器用于控制涂布器的运行状态。
[0020]本专利技术还包括一种微量流体液滴的移动控制方法，该方法用于采用如前述流体液滴位移控制系统，驱动目标流体以液滴的形式沿目标方向定向移动，并动态控制液体的流速。该移动控制方法包括如下步骤：
[0021]S1：将目标流体加注到液滴注射器内，并根据目标流体的物理性质调整液滴注射器滴加的液滴体积。
[0022]S2：根据目标流体的物理或化学性质，选择使用最佳材料种类生产的且具有最优结构参数的全液滴整流器，将全液滴整流器固定安装到振动发生器的振动平台上。
[0023]S3：选择与目标流体互不相容且具有化学稳定性的润滑剂，并加注到涂布器内，设
定润滑剂的涂布厚度。
[0024]S4：向信号发生器输入目标运动方向和目标运动速度。
[0025]S5：开启流体液滴位移控制系统运行，在流体液滴位移控制系统运行过程中，
[0026]S51：控制器首先根据目标运动方向驱动振动平台转动，使得全液滴整流器中液流通道的延伸方向与目标运动方向平行。
[0027]S52：然后驱动涂布器以预设的涂布厚度向全液滴整流器的表面涂抹润滑剂。
[0028]S53：接着驱动液滴注射器向全液滴整流器的目标落点处滴加符合预设体积的液滴。
[0029]S54：最后由信号发生器根据目标运动方向和目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全液滴整流器，其用于可控地定向移动目标流体的液滴；所述全液滴整流器包含基材和多条弧形的棘齿单元；基材呈条形平板状；所述棘齿单元呈长条形，棘齿单元平行等间隔地设置在所述基材的上表面，并沿基材的延伸方向依次呈鱼鳞状渐次排列；所述棘齿单元在基材上朝弧形结构的圆心一侧倾斜，且每条弧形的棘齿单元相对平行于基材延伸方向的一条中线对称；所有的棘齿单元构成棘齿阵列，所述棘齿阵列作为平行于基材延伸方向的液流通道；所述液流通道的表面还设有均匀的润滑介质，所述润滑介质采用与待输送的目标流体互不相溶的流体物质；当以预设振动方向、振动频率和振动幅度声场驱动所述全液滴整流器共振时，目标流体的液滴在液流通道上以相应的运动速度和运动方向定向移动。2.根据权利要求1所述的全液滴整流器，其特征在于：所述棘齿单元的曲率半径为R：3mm＜R＜10mm；所述棘齿阵列的相邻棘齿单元间构成一个沟槽；所述棘齿单元的顶部距基材上表面的垂直高度为槽深D，D：90μm＜D＜150μm；相邻棘齿单元的间距为槽宽P，P：120μm＜P＜160μm；棘齿单元下表面与基材所在平面的夹角为下倾角α1，α1：45
°
＜α1＜70
°
；棘齿单元上表面与基材所在平面的夹角为上倾角α1，α2：20
°
＜α2＜45
°
。3.根据权利要求2所述的全液滴整流器，其特征在于：所述棘齿阵列中，R＝5.2mm；P＝152.2μm；D＝100.5μm；α1＝57
°
；α2＝37
°
。4.根据权利要求1所述的全液滴整流器，其特征在于：所述全液滴整流器采用金属、陶瓷、玻璃、半导体或有机聚合物材料制备而成。5.根据权利要求2所述的全液滴整流器，其特征在于：所述基材采用在目标流体浸润条件下具有化学稳定性，且二者间的固
‑
液界面夹角θ＞90
°
的材料制备而成。6.根据权利要求2所述的全液滴整流器，其特征在于：所述液流通道的材料表面涂布有改性涂层，所述改性涂层采用在目标流体浸润条件下具有化学稳定性，且二者间的固
‑
液界面夹角θ＞90
°
的材料制备而成。7.一种流体液滴位移控制系统，其特征在于，其用于以液滴的形式按照目标流速向目标方向定向输送任意类型的目标流体，所述位移控制系统包括：信号发生器，其用于根据人工输入的包含移动速度和移动方向的控制指令，生成一个包含振动方向、振幅和振动频率的振动控制信号，和/或生成一个包含转动角度的转动信号；其中，振动方向、振幅和振动频率构成第一变量组，移动方向和移动速度构成第二变量组；所述信号发生器中预设有第一变量组和第二变量组之间的映射关系；振动发生器，其包括振动电机、转向电机和振动平台；所述振动平台的上表面保持水平，振动平台中央含有一个安装槽；所述振动平台分别与振动电机和转向电机的输出轴通过传动机构连接，所述转向电机用于接收所述信号发生器生成的转动控制信号，并按照预设的转动角度驱动振动平台在水平面转动；所述振动电机用于接收所述信号发生器生成的振动控制信号，并按照预设的振动方向、振幅和振动频率驱动振动平台水平或竖直振动；全...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴思竹，项乐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：