微量液滴定量喷射技术
[ 作者:刘亚欣 来源:哈工大(威海)新闻网 浏览:5953 录入时间:2013年4月8日 ]

 

在生物制造、电子封装、胶水喷涂、微光学器件制造以及其它一些微滴成型快速制造技术领域中,常常需要将微量试剂、焊料等液态物质定量或者定尺寸分配到指定器皿或者涂覆到指定位置。例如,在生命科学、医药研究领域中,经常需要将纳升级别的小液滴,高效率地分配到高密度微孔板上,以一块微孔板有1536个孔为例,如果想10秒钟将所需试剂喷满,那么每秒钟就要喷出150多个液滴,而且还要保证液滴的体积准确,均一,这是操作人员手工难以完成的。在电子封装领域,比如手机、电脑、照相机等电子产品,其内部的电子器件密集,尺寸越来越微小,在加工和安装这些电子器件时,需要将各种胶粘剂、焊料等液体以微小液滴的形式喷涂到指定位置,用来固定或者焊接电子器件。由于电子器件越来越小,引脚越来越密集,对精确微量的胶滴涂覆技术要求也越来越高。此外,在液晶制造、微透镜等光学器件制造领域,组织工程制造、生物芯片等很多领域都迫切需要自动化微量液体定量喷射技术及设备。因此,如何实现对微量液体的分配、转移等操作,很早就吸引了专家学者的注意。

目前,科学家们已经研究出一些方法可以实现对微量液体的分配和转移操作,而且已经有一些商用的设备可以自动地实现液体的分配操作,目前这些设备通常应用于生物工程领域,用于试剂的吸取和分配处理。根据分配时液滴是否需要与基板接触,可分为接触式分配和非接触式分配操作两大类。接触式分配就像我们平时挤牙膏一样,粘性的液体挤出后由于表面张力的作用,会粘附在喷嘴上,所以需要让其与基板接触,靠界面力作用转移;而非接触式分配会使用较大的驱动力,使液滴喷出后具有更大的能量,克服喷嘴与液滴的表面张力,直接喷射到指定的位置。非接触式分配已经成为未来发展的趋势,相比于接触式的液体分配,具有更大的应用前景。

现有的商用化设备通常采用的是接触式操作原理,非接触式的液滴分配设备还需要不断研究。目前,科学家们有了几种方法来实现液滴的非非接触分配操作。例如,利用压电材料在通电后可快速伸长和缩短的特点,用其驱动膜片致使腔体快速收缩,从而将液滴快速喷出,通过控制压电材料伸长和缩短动作的幅度和频率来实现液滴体积的调整。还有的科学家通过热扩张、静电力、气压驱动等方式,也可以实现液滴的非接触式操作。由于需要微量液体分配操作的场合很多,使用的液滴种类不同、粘度不同、想要分配的体积也不同,如何针对不同的试剂种类和应用特点,自动地实现设备状态调整,达到精确分配液滴体积,也是科学家们目前正在研究和亟需解决的问题。

作者刘亚欣,1981年出生,2009年博士毕业于哈尔滨工业大学,研究方向为液体微操作技术,医疗检测微系统。现任教于哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院。曾作为主要参与人参与多个国家项目,发表论文近20篇。




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