本發(fā)明屬于超微量溶液分配，具體涉及一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著微系統(tǒng)集成裝配技術(shù)的發(fā)展，對(duì)微納米級(jí)別的超精密零部件封裝、連接及密封的水平達(dá)到了飛升-皮升級(jí)別，對(duì)封裝精度、用量及效率提出更高的要求；隨著生物分析技術(shù)和高通量篩選技術(shù)的發(fā)展，生物科學(xué)領(lǐng)域的試劑用量已達(dá)到了納升乃至皮升水平，對(duì)試劑分配的速度、精度等提出了更高的要求。在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)對(duì)具有高精度、高穩(wěn)定性和高效率的超微量溶液分配技術(shù)的需求日益顯現(xiàn)。現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)際的應(yīng)用，研究不同種類的溶液分配技術(shù)和新型溶液分配技術(shù)的提出與發(fā)展是非常必要的。

2、現(xiàn)有的溶液分配技術(shù)主要分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式分配方式中以時(shí)間-壓力式應(yīng)用最為廣泛，但為了實(shí)現(xiàn)超微量溶液分配，必須使空心針頭加工到幾微米或更小，這使得制造變得困難，另外高粘度溶液的流動(dòng)阻力容易造成針頭堵塞，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失；活塞式具有穩(wěn)定性好，易于控制的優(yōu)點(diǎn)，但其維護(hù)調(diào)整較困難，費(fèi)用較高；后續(xù)提出了轉(zhuǎn)印式分配方式，移液針穿過(guò)裝有溶液的毛細(xì)管，垂直向下運(yùn)動(dòng)至與基面接觸、停留，而后沿原路線向上運(yùn)動(dòng)；這一過(guò)程中，針尖部分溶液在溶液本身的粘性力、慣性力和表面張力的作用下，在基面形成液滴。該方法適用溶液粘度范圍廣，轉(zhuǎn)移液滴一致性好，但此種方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)溶液的持續(xù)供給，即無(wú)法進(jìn)行連續(xù)的溶液分配，無(wú)法進(jìn)行微米級(jí)線狀分配，轉(zhuǎn)移分配效率較低。非接觸式分配方式是通過(guò)外力使溶液突破表面張力，以一定速度噴射到基面上形成液滴，這種方法只需在水平方向運(yùn)動(dòng)，且噴嘴無(wú)需與基板接觸，因此使得非接觸式溶液轉(zhuǎn)移效率比接觸式溶液轉(zhuǎn)移有所提高且不易污染，但非接觸式溶液轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移量和位置精度不易控制。

3、現(xiàn)有的溶液分配方式很難實(shí)現(xiàn)適用粘度范圍大，超微量的溶液持續(xù)供給，無(wú)法實(shí)現(xiàn)微米線的制造，達(dá)不到各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)超微量的使用要求。因此需要一種既保證轉(zhuǎn)移溶液的高精度、高穩(wěn)定性和高效率，又保證可控的持續(xù)供給的超微量溶液分配、超細(xì)微米線制造技術(shù)；需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)溶液在其表面持續(xù)、穩(wěn)定流動(dòng)的新型移液針。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)超微量溶液連續(xù)分配且穩(wěn)定成線的基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體流動(dòng)的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)及方法。本發(fā)明是一種轉(zhuǎn)印式和活塞式溶液分配相結(jié)合的復(fù)合式超微量溶液微米線制造方式，設(shè)計(jì)了一種帶有螺旋結(jié)構(gòu)的移液針，利用螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)溶液在移液針表面流動(dòng)，達(dá)到溶液的持續(xù)供給的目的，實(shí)現(xiàn)超微量溶液微米線的制造，提高溶液轉(zhuǎn)移效率；復(fù)合式超微量溶液微米線制造方式擬達(dá)到的性能質(zhì)量指標(biāo)、輪廓清晰，微米線寬度可控在亞微米級(jí)別。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下具體方案，本發(fā)明提出的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)具體包括底座和自帶有注射器的微流控注射泵，底座側(cè)面設(shè)置有豎直升降機(jī)構(gòu)，豎直升降機(jī)構(gòu)的升降部件連接有夾持機(jī)構(gòu)，通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置有溶液分配機(jī)構(gòu)；

3、溶液分配機(jī)構(gòu)包括儲(chǔ)液筒，儲(chǔ)液筒底部設(shè)置有針頭，針頭上設(shè)置有螺旋移液針，儲(chǔ)液筒上方連接有固定件，通過(guò)固定件設(shè)置有三爪卡盤(pán)和變徑管，三爪卡盤(pán)夾持著螺旋移液針上端，通過(guò)管路連接變徑管上端開(kāi)口和微流控注射泵的自帶注射器出液口。

4、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述豎直升降機(jī)構(gòu)包括在底座側(cè)面沿豎直方向設(shè)置的兩條平行滑軌，兩條平行滑軌之間的底座上設(shè)置有一條豎直通槽，通過(guò)兩條滑軌設(shè)置有兩個(gè)滑塊，兩個(gè)滑塊固定連接夾持機(jī)構(gòu)，底座上設(shè)置有氣缸，氣缸的伸縮桿經(jīng)過(guò)所述通槽與夾持機(jī)構(gòu)連接。

5、作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述夾持機(jī)構(gòu)包括固定板，固定板經(jīng)過(guò)所述通槽與氣缸的伸縮桿通過(guò)螺母連接，固定板8通過(guò)螺釘與兩個(gè)滑塊6緊固，固定板水平兩端各平行設(shè)置有一塊側(cè)板，兩塊側(cè)板間設(shè)置有平行的絲杠、第一導(dǎo)向軸和第二導(dǎo)向軸，通過(guò)第一導(dǎo)向軸、絲杠和第二導(dǎo)向軸對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)夾持塊，兩個(gè)夾持塊相對(duì)側(cè)面設(shè)置有v形夾持槽；

6、絲杠兩端螺紋反向設(shè)置，絲杠與側(cè)板間設(shè)置有軸承和卡簧，絲杠一端側(cè)面設(shè)置有便于扳手插入轉(zhuǎn)動(dòng)的六角凹槽。

7、作為本發(fā)明的第三種優(yōu)選方案，固定件與變徑管之間設(shè)置有第一密封圈，固定件與儲(chǔ)液筒之間設(shè)置有第二密封圈。

8、基于上述系統(tǒng)的超微量溶液微米線制造方法，具體包括以下步驟：

9、步驟一：根據(jù)所需的溶液線尺寸及溶液粘度選擇對(duì)應(yīng)規(guī)格的針頭和螺旋移液針，并將螺旋移液針安裝在三爪卡盤(pán)中，以確保其在后續(xù)操作中的精確定位；

10、步驟二：控制氣缸伸縮桿工作，帶動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)和溶液分配機(jī)構(gòu)在豎直方向移動(dòng)，使螺旋移液針到達(dá)預(yù)定的溶液線制造位置，以便于在適當(dāng)高度進(jìn)行液滴的形成和沉積；

11、步驟三：設(shè)置微流控注射泵的相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)微流控注射泵，溶液經(jīng)過(guò)管路進(jìn)入儲(chǔ)液筒，溶液從針頭與螺旋移液針的間隙流出儲(chǔ)液筒，依靠螺旋移液針上的螺旋槽引導(dǎo)溶液在槽內(nèi)勻速螺旋運(yùn)動(dòng)，最終在螺旋移液針的尖端形成初始液滴；

12、步驟四：控制基板在水平方向上沿預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，螺旋移液針的尖端與基板之間由于液滴表面張力及粘附力形成液橋，基板的持續(xù)運(yùn)動(dòng)拉伸液橋，制造出超微量及超細(xì)的溶液微米線；

13、步驟五：在基板按照預(yù)定軌跡完成水平橫移后，控制豎直升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)溶液分配機(jī)構(gòu)上升，控制微流控注射泵進(jìn)行回吸操作，將針頭處的殘留溶液有效地吸回，從而避免液體固化堵塞并確保后續(xù)操作的準(zhǔn)確性。

14、本發(fā)明的有益效果：

15、（1）本發(fā)明融合了活塞式的穩(wěn)定性、密封性及流量穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)印式的高精度的優(yōu)點(diǎn)，解決了出液量難控制，無(wú)法穩(wěn)定精確的實(shí)現(xiàn)流量持續(xù)供給的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了能夠精準(zhǔn)控制出液量、穩(wěn)定液體供給的超微量、超細(xì)的溶液微米線的制造；

16、（2）本發(fā)明應(yīng)用螺旋移液針上的螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)揮流體導(dǎo)向的作用，優(yōu)化流體的流動(dòng)路徑，將溶液沿移液針的直線下落運(yùn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化為勻速螺旋運(yùn)動(dòng)，提升膠液轉(zhuǎn)移效率；螺旋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也可有效避免溶液在針管出口處聚集成液滴，從而提高了溶液的流動(dòng)效率，螺旋結(jié)構(gòu)增加了溶液與移液針的接觸面積，能夠更穩(wěn)定的控制溶液流動(dòng)；

17、（3）本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)超微量、超細(xì)的溶液微米線制造，同時(shí)也適用于點(diǎn)線面多種方式溶液分配；

18、（4）本發(fā)明提出的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置有夾持機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)不同尺寸儲(chǔ)液筒，通過(guò)設(shè)置三爪卡盤(pán)方便更換移液針；

19、（5）本發(fā)明基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造方式最終能穩(wěn)定制造出十微米左右寬度的溶液線。

技術(shù)特征：

1.一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)，其特征在于，包括底座（10）和自帶有注射器的微流控注射泵（1），底座（10）側(cè)面設(shè)置有豎直升降機(jī)構(gòu)（3），豎直升降機(jī)構(gòu)（3）的升降部件連接有夾持機(jī)構(gòu)（2），通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)（2）設(shè)置有溶液分配機(jī)構(gòu)（4）；

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)，其特征在于，所述豎直升降機(jī)構(gòu)（3）包括在底座（10）側(cè)面沿豎直方向設(shè)置的兩條平行滑軌（5），兩條平行滑軌（5）之間的底座（10）上設(shè)置有一條豎直通槽，通過(guò)兩條滑軌（5）設(shè)置有兩個(gè)滑塊（6），兩個(gè)滑塊（6）固定連接夾持機(jī)構(gòu)（2），底座（10）上設(shè)置有氣缸（9），氣缸（9）的伸縮桿經(jīng)過(guò)所述通槽與夾持機(jī)構(gòu)（2）連接。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)，其特征在于，所述夾持機(jī)構(gòu)（2）包括固定板（8），固定板（8）經(jīng)過(guò)所述通槽與氣缸（9）的伸縮桿通過(guò)螺母（7）連接，固定板8通過(guò)螺釘與兩個(gè)滑塊6緊固，固定板（8）水平兩端各平行設(shè)置有一塊側(cè)板（11），兩塊側(cè)板（11）間設(shè)置有平行的絲杠（15）、第一導(dǎo)向軸（14）和第二導(dǎo)向軸（16），通過(guò)第一導(dǎo)向軸（14）、絲杠（15）和第二導(dǎo)向軸（16）對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)夾持塊（17），兩個(gè)夾持塊（17）相對(duì)側(cè)面設(shè)置有v形夾持槽；

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)，其特征在于，固定件（21）與變徑管（18）之間設(shè)置有第一密封圈（19），固定件（21）與儲(chǔ)液筒（23）之間設(shè)置有第二密封圈（22）。

5.一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于超微量溶液分配技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)及方法。在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)對(duì)具有高精度、高穩(wěn)定性和高效率的超微量溶液分配技術(shù)的需求日益顯現(xiàn)。本發(fā)明結(jié)合轉(zhuǎn)印式和活塞式溶液分配方式，提出一種基于螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液體的超微量溶液微米線制造系統(tǒng)及方法。本發(fā)明通過(guò)微流控注射泵實(shí)現(xiàn)溶液的精準(zhǔn)壓力供給，將溶液輸送至溶液非機(jī)構(gòu)儲(chǔ)液筒內(nèi)，儲(chǔ)液筒底部設(shè)置有針頭和螺旋移液針，螺旋移液針上均勻設(shè)置有螺旋狀的凹槽，溶液經(jīng)過(guò)針頭和螺旋移液針的間隙中流出，溶液在螺旋移液針上的螺旋凹槽內(nèi)平鋪，勻速螺旋的下滑，不易形成液滴，能夠?qū)崿F(xiàn)溶液的持續(xù)供給，實(shí)現(xiàn)超微量微米線的制造。

技術(shù)研發(fā)人員：劉慧芳,陳颯,陳曦,劉云飛,孟新宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23