一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置及方法

本申请涉及分选液滴，特别涉及一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置及方法。

背景技术：

1、微液滴在生化、医学、材料等领域具有越来越广泛的应用，从液滴制备技术的发展历程来看，微液滴的制备经历了传统乳化等方法、微流控芯片方法和近年来出现的芯片外新方法。传统的微液滴制备方法如乳化法、逐层组装等液滴制备技术，其过程简单、产量高，至今仍在被广泛使用，但是越来越难以满足对液滴尺寸均匀、精确可控的需求；随着微液滴应用范围的拓展，研究者们在致力于传统方法的设备更新、技术改进的同时，也发展出基于多种不同原理的微液滴制备新方法，如近年来发展迅速的微流体液滴制备技术，可以实现对微液滴尺寸、结构、生成频率的精确控制，受到了越来越多研究者的关注。

2、微流体液滴主动制备技术可精确控制均匀微液滴的生成，但是需要外源设备的引入，控制系统复杂，目前采用了界面剪切技术解决该问题，该技术通过振动的毛细管在气液界面周期性界面剪切，进而形成均匀的微液滴，类似蜻蜓点水产卵的过程。在使用界面剪切技术制备微液滴时，毛细管在气液界面垂直振动，形成的微液滴由于液滴密度大于接收液密度在重力作用下垂直降落、沉积至接收池的底部。虽然通过调节流量或振动频率可以得到不同大小的微液滴，但是无法将不同大小的微液滴直接输送分选到需要的位置以备下一步使用。

3、对此我们提出一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置及方法，利用倾斜的毛细管在气液界面上下周期性振动，通过对生成液滴的下落轨迹进行分析，探究液滴制备后下落过程中最终产生的侧向位移与实验控制参数之间的规律，从而实现液滴的一步制备与分选。

技术实现思路

1、本申请目的在于提高液滴分选的效率并使得分选后的液滴下落至不同的区域，以便于收集，相比现有技术提供一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置，包括底座，底座上端通过多个电动伸缩杆连接有工作台，工作台上端设置有接收池，接收池内部填充有接收液，底座后壁通过固定块连接有支架，支架前壁连接有多自由度夹持组件，多自由度夹持组件远离支架一端连接有界面剪切组件，界面剪切组件包括信号发生器、电磁激振器、注射泵和毛细管，毛细管与接收池内部的液面呈倾斜状态，且与液面相切，利用信号发生器提供驱动信号通过电磁激振器来控制毛细管的振动频率和振幅，配合注射泵为毛细管持续供给分散相流体，通过倾斜的毛细管在气液界面上下周期性振动剪切，进而形成均匀的微液滴，同时制备后的液滴在下落过程中受毛细管振动致使的重力波影响，产生一个随实验参数变化的侧向位移，最终实现液滴的一步制备与分选。

2、进一步的，电动伸缩杆上端设置有承台，承台采用橡胶材料制成，承台与工作台固定连接，利用橡胶制成的承台可以有效吸收工作台的震动，从而提高整体装置的稳定性。

3、进一步的，电动伸缩杆伸长段外部套设有减震弹簧，承台的直径大于减震弹簧的直径，利用减震弹簧可以进一步吸收工作台上下两侧的震动，减少对实验结果的影响。

4、进一步的，支架靠近工作台一侧壁开设有滑槽，滑槽内部滑动连接有一对上下分布的电动滑块，上端电动滑块与多自由度夹持组件固定连接，利用滑块可以调节上方的多自由度夹持组件的高度使其适应接收池液面的高度，提高了操作的便捷性。

5、进一步的，下端电动滑块固定连接有高速摄像机，高速摄像机正对接收池，利用高速摄像机可以清晰的观测到微液滴的下落轨迹，便于研究不同参数控制下侧向位移的变化规律，如接收液粘度、毛细管倾斜角度与振动频率、流体流量等。

6、进一步的，毛细管与接收池内部的液面之间的夹角在10-60度。

7、一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切的方法，包括以下步骤：

8、s1、制备接收液并填充至接收池内部；

9、s2、调节多自由度夹持组件的角度和高度使得毛细管的尖端与水平面呈一定的夹角，夹角角度在10-60度之间；

10、s3、调节电动伸缩杆的高度使得接收池内部的接收液液面与毛细管的尖端处于临界状态；

11、s4、信号发生器控制电磁激振器产生定制振动频率和振幅，使得毛细管不断地在气液界面周期性界面剪切，配合注射泵为毛细管持续供给分散相流体，进而形成均匀的微液滴。

12、s5、利用高速摄像机拍摄拍摄微液滴的下落路径，并及时调整电磁激振器的振动频率和振幅以及毛细管的角度。

13、相比于现有技术，本申请的优点在于：

14、(1)利用信号发生器提供驱动信号通过电磁激振器来控制毛细管的振动频率和振幅，配合注射泵为毛细管持续供给分散相流体，通过振动的毛细管在气液界面周期性界面剪切，进而形成均匀的微液滴，同时倾斜的毛细管在气液界面上下周期性振动剪切，制备后的液滴在下落过程中受毛细管振动致使的重力波影响，产生一个随实验参数变化的侧向位移，最终实现液滴的一步制备与分选。

15、(2)利用高速摄像机可以清晰的观测到微液滴的下落轨迹，便于研究不同参数控制下侧向位移的变化规律，如接收液粘度、毛细管倾斜角度与振动频率、流体流量等。

技术特征：

1.一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)上端通过多个电动伸缩杆(11)连接有工作台(2)，所述工作台(2)上端设置有接收池(4)，所述接收池(4)内部填充有接收液，所述底座(1)后壁通过固定块连接有支架(3)，所述支架(3)前壁连接有多自由度夹持组件(5)，所述多自由度夹持组件(5)远离支架(3)一端连接有界面剪切组件(6)，所述界面剪切组件(6)包括信号发生器、电磁激振器、注射泵和毛细管，所述毛细管与接收池(4)内部的液面呈倾斜状态，且与液面相切。

2.根据权利要求1所述的一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置，其特征在于，所述电动伸缩杆(11)上端设置有承台(13)，所述承台(13)采用橡胶材料制成，所述承台(13)与工作台(2)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置，其特征在于，所述电动伸缩杆(11)伸长段外部套设有减震弹簧(12)，所述承台(13)的直径大于减震弹簧(12)的直径。

4.根据权利要求1所述的一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置，其特征在于，所述支架(3)靠近工作台(2)一侧壁开设有滑槽(31)，所述滑槽(31)内部滑动连接有一对上下分布的电动滑块(32)，上端所述电动滑块(32)与多自由度夹持组件(5)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置，其特征在于，下端所述电动滑块(32)固定连接有高速摄像机，所述高速摄像机正对接收池(4)。

6.根据权利要求1所述的一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置，其特征在于，所述毛细管与接收池(4)内部的液面之间的夹角在10-60度。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了应用于分选液滴技术领域的一种制备分选差异化液滴的斜向界面剪切装置及方法，工作台上端设置有接收池，接收池内部填充有接收液，底座后壁通过固定块连接有支架，多自由度夹持组件远离支架一端连接有界面剪切组件，界面剪切组件包括信号发生器、电磁激振器、注射泵和毛细管，毛细管与接收池内部的液面呈倾斜状态，且与液面相切，利用电磁激振器来控制毛细管的振动频率和振幅，配合注射泵为毛细管持续供给分散相流体，通过倾斜的毛细管在气液界面上下周期性振动剪切，进而形成均匀的微液滴，制备后的液滴在下落过程中受毛细管振动致使的重力波影响，产生一个随实验参数变化的侧向位移，最终实现液滴的一步制备与分选。

技术研发人员：黄芳胜,司廷,朱志强
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15