一种液滴发射装置以及液滴发射方法与流程

本发明属于液滴成形，涉及一种液滴发射装置以及液滴发射方法。

背景技术：

1、液滴作为微反应器具有高通量、体积小、反应迅速等优点，在生化分析、药物包裹、药物运输及释放、材料合成、数字印刷等领域具有广泛的应用，因此微液滴的制备和控制也得到了研究者越来越多的关注。

2、目前，液滴发射主要有压电、热发泡、气压、静电、超声波等驱动方式，其每一个液体存储腔室均为单一结构，即每一个液滴发射腔室只能发射单一液滴。而面对具有浓度梯度液滴、不同组分比例液滴、多颜色染料打印等方面就显得无能为力。

3、例如，在生物医药方面，则要求液滴微球的制造方法能够精确控制液滴尺寸、多组分配比、合适的浓度梯度等。而现有的机械搅拌法、超声法、膜乳化法、喷射冷凝等微球制备方法都不能满足上述要求。在数字印刷方面，主要是采用喷墨打印的方法，即通过连续式或压电式等喷墨打印头喷射液滴打印在承印物上。目前该种方法多采用单喷头、单墨水的方式进行数字印刷、印染，而在多颜色打印方面，则采用多喷头分别打印不同染料，控制多染料的液滴落在同一落点的方式进行调色、染色，该种方法具有材料利用率低、成本高、操作不易控制且染色精度差等缺点。

4、因此，如何提供一种液滴发射装置能够实现多组分液滴的材料设计和不同浓度梯度液滴的发射，成为目前迫切需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种液滴发射装置以及液滴发射方法，将液滴发射单元设计成多液体腔室结构，并在液体喷孔处形成液体连通腔，在控制系统的脉冲信号精确控制下，多液体腔室内的液体按设定比例进入液体连通腔混合后从液体喷孔处喷出液滴，实现多组分液体材料的设计和不同浓度梯度液滴的发射，具有材料利用率高、液滴发射效率高、操作简单和成本低等特点。

2、为了实现上述技术路线，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种液滴发射装置，包括液滴发射控制系统，液滴发射单元，第一液体源，第二液体源。

4、所述液滴发射单元包括第一液体驱动单元，第二液体驱动单元，液滴发射驱动器，液体连通腔室，液体喷孔。

5、所述第一液体驱动单元包含第一液体进口通道，第一液体腔室。所述第二液体驱动单元包含第二液体进口通道，第二液体腔室。所述第一液体进口通道和第一液体腔室流体相连，第二液体进口通道和第二液体腔室流体相连。所述液体连通腔室与第一液体驱动单元和第二液体驱动单元相连。所述液体喷孔与液体连通腔室流体相连。所述液滴发射装置包括与第一液体进口通道流体相连的第一液体源，和与第二液体进口通道流体相连的第二液体源。所述液滴发射控制系统控制液滴发射驱动器、液体源、使液体从液体喷孔处喷出。

6、所述的液滴发射装置包括至少一个第三液体源以及与第三液体源连接的第三液体驱动单元，第三液体驱动单元液体连通腔室流体相连，所述液滴发射装置包括并不限于第三液体源。

7、所述液滴发射控制系统分别独立电性连接所述液体源以及所述液滴发射驱动器，所述液体源向所述液体腔室内输入液体，所述液体腔室的液体流入所述液体连通腔内。

8、所述液滴发射驱动器与液体喷孔相关，即液滴发射驱动器与液体喷孔对应设置，根据液滴发射驱动器的种类不同，液体喷孔中液体驱动方式不同，确定液滴发射驱动器的安装位置。

9、所述的液滴发射驱动器可以是压电驱动器、电阻驱动器、磁性驱动器、超声驱动器中的一种。

10、所述第一液体和第二液体包含高分子材料。

11、优选地，所述液体源中液体包括染料和/或颜料。

12、所述液滴发射驱动器包含第一液滴发射驱动器和第二液滴发射驱动器；所述第一液滴发射驱动器与第一液体驱动单元相关，第二液滴发射驱动器与第二液体驱动单元相关，即第一液滴发射驱动器与第一液体驱动单元对应设置，第一液滴发射驱动器为第一液体驱动单元中液体提供喷出驱动力，第二液滴发射驱动器与第二液体驱动单元对应设置，第二液滴发射驱动器为第二液体驱动单元中液体提供喷出驱动力。

13、所述第一液体源包含第一压力系统，第二液体源包含第二压力系统，第一压力系统设置在第一液体源与第一液体腔室之间，用于提供液体压力将液体输送至第一液体腔室内并喷射，第二压力系统设置在第二液体源与第二液体腔室之间，用于提供液体压力将液体输送至第二液体腔室内并喷射。

14、作为本发明的一个优选地液滴发射技术方案，所述液滴发射驱动器分别设置于所述液体腔室的顶面。

15、优选地，所述液滴发射驱动器可以是压电驱动器。

16、优选地，所述液体驱动单元包含的所述液体腔室内设置有缩径结构，所述缩颈结构分别与液体进口通道和液体腔室流体相连，所述缩颈结构能有效避免液滴发射驱动器运行过程中发生液体回流。

17、该技术方案下的一种液滴发射装置的方法，包括控制系统控制第一液体源液体通过第一液体进口通道进入第一液体腔室，第二液体源液体通过第二液体进口通道进入第二液体腔室；液滴发射控制系统给第一液滴发射驱动器提供第一驱动信号；液滴发射控制系统给第二液滴发射驱动器提供第二驱动信号；第一液滴发射驱动器驱动第一液体腔室内的第一液体流向液体连通腔室与第二液滴发射驱动器驱动第二液体腔室内流向液体连通腔室的第二液体交汇，并从液体喷孔处喷出。

18、优选地，所述第一驱动信号和第二驱动信号相同。

19、优选地，所述第一驱动信号和第二驱动信号是脉冲信号。

20、优选地，所述液滴发射控制系统是根据喷射液滴内包含第一液体和第二液体的组成比例设置第一驱动信号和第二驱动信号，例如第一液体与第二液体的配料体积比为1:1，则第一驱动信号和第二驱动信号相同。

21、作为本发明的另一个优选地液滴发射技术方案，所述液体源均包括压力供液系统，所述压力供液系统用于将液体源内液体输送至所述液体腔室内，该压力供液系统并非第一压力系统和第二压力系统，仅为液体源提供供液动力。

22、优选地，所述液滴发射驱动器设置于所述液体喷孔处，需要说明的是，本发明中根据液滴发射驱动器的种类不同，即驱动方式不同，本领域技术人员选取合适的安装位置。

23、该技术方案下的一种液滴发射装置的方法，包括液滴发射控制系统给第一压力系统提供第一控制信号，将第一液体源内液体持续输入第一液体腔室；液滴发射控制系统给第二压力系统提供第二控制信号，将第二液体源内液体持续输入第二液体腔室；液滴发射控制系统给所述的液滴发射驱动器提供液滴驱动信号；第一液体压力系统驱动第一液体腔室内的第一液体流向液体连通腔室与第二液体压力系统驱动第二液体腔室内流向液体连通腔室的第二液体交汇，并从液体喷孔处喷出，液滴发射驱动器在驱动信号的驱动下使喷出液体断裂形成液滴。

24、需要说明的是，本发明中对于压力系统提供的控制信号，根据混合所需比例进行设置，即可通过控制进入液体连通腔室内的液体流量进行调整，进一步地控制信号根据液体混合所需比例调整压力系统的动力源，使进入液体连通腔室的液体流量满足混合比例要求。

25、需要说明的是，本发明中对于液滴发射驱动器的设置位置，尺寸以及种类不做具体要求和特殊限定。

26、本发明具有以下有益效果：本发明的一种液滴发射装置及方法，在具体操作时，(1)多种液体在液体连通腔室内混合后从液体喷孔处喷出，能够实现多组分液体的材料设计，例如在印染、多组分生物微球液滴打印方面等；(2)通过液滴发射控制系统控制液滴发射驱动器，如采用压电或热电阻等驱动器，能够实现高频率液滴发射；(3)通过调节液滴发射驱动器、液体驱动单元的结构尺寸、液滴发射控制系统的驱动电压和频率等相关参数，可以精准的控制液滴发射的体积和发射速度，并且能够发射出具有不同液体组分比例、具有浓度梯度的液滴；(4)材料利用率高，液滴发射效率高；(5)操作简单，成本低。