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微量液滴定量噴射技術
[ 作者:劉亞欣 來源:哈工大(威海)新聞網 瀏覽:7098 錄入時間:2013年04月08日 ]

 

在生物制造、電子封裝、膠水噴涂、微光學器件制造以及其它一些微滴成型快速制造技術領域中,常常需要將微量試劑、焊料等液態物質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,在生命科學、醫藥研究領域中,經常需要將納升級別的小液滴,高效率地分配到高密度微孔板上,以一塊微孔板有1536個孔為例,如果想10秒鐘將所需試劑噴滿,那么每秒鐘就要噴出150多個液滴,而且還要保證液滴的體積準確,均一,這是操作人員手工難以完成的。在電子封裝領域,比如手機、電腦、照相機等電子產品,其內部的電子器件密集,尺寸越來越微小,在加工和安裝這些電子器件時,需要將各種膠粘劑、焊料等液體以微小液滴的形式噴涂到指定位置,用來固定或者焊接電子器件。由于電子器件越來越小,引腳越來越密集,對精確微量的膠滴涂覆技術要求也越來越高。此外,在液晶制造、微透鏡等光學器件制造領域,組織工程制造、生物芯片等很多領域都迫切需要自動化微量液體定量噴射技術及設備。因此,如何實現對微量液體的分配、轉移等操作,很早就吸引了專家學者的注意。

目前,科學家們已經研究出一些方法可以實現對微量液體的分配和轉移操作,而且已經有一些商用的設備可以自動地實現液體的分配操作,目前這些設備通常應用于生物工程領域,用于試劑的吸取和分配處理。根據分配時液滴是否需要與基板接觸,可分為接觸式分配和非接觸式分配操作兩大類。接觸式分配就像我們平時擠牙膏一樣,粘性的液體擠出后由于表面張力的作用,會粘附在噴嘴上,所以需要讓其與基板接觸,靠界面力作用轉移;而非接觸式分配會使用較大的驅動力,使液滴噴出后具有更大的能量,克服噴嘴與液滴的表面張力,直接噴射到指定的位置。非接觸式分配已經成為未來發展的趨勢,相比于接觸式的液體分配,具有更大的應用前景。

現有的商用化設備通常采用的是接觸式操作原理,非接觸式的液滴分配設備還需要不斷研究。目前,科學家們有了幾種方法來實現液滴的非非接觸分配操作。例如,利用壓電材料在通電后可快速伸長和縮短的特點,用其驅動膜片致使腔體快速收縮,從而將液滴快速噴出,通過控制壓電材料伸長和縮短動作的幅度和頻率來實現液滴體積的調整。還有的科學家通過熱擴張、靜電力、氣壓驅動等方式,也可以實現液滴的非接觸式操作。由于需要微量液體分配操作的場合很多,使用的液滴種類不同、粘度不同、想要分配的體積也不同,如何針對不同的試劑種類和應用特點,自動地實現設備狀態調整,達到精確分配液滴體積,也是科學家們目前正在研究和亟需解決的問題。

作者劉亞欣,1981年出生,2009年博士畢業于哈爾濱工業大學,研究方向為液體微操作技術,醫療檢測微系統。現任教于哈爾濱工業大學(威海)船舶與海洋工程學院。曾作為主要參與人參與多個國家項目,發表論文近20篇。




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