数字微阵列点样喷头试验研究

利用压电陶瓷驱动器产生的低频微振动，实现了连续微流体的均匀离散和喷射。在试验所用的低频范围内(1～10Hz)，点样系统能够对每个驱动脉冲作出响应，具有数字可控性。通过疏水化处理技术消除微喷嘴的“流挂”现象，实现了微喷射量可控。微振动可以有效地消除微小颗粒可能对微喷嘴造成的堵塞，提高了点样喷头工作的可靠性。驱动频率对液滴直径有显著的影响。可以通过改变频率高低和微喷嘴内径大小实现皮升(pL)级点样喷射。     

压电驱动微喷雾粒特性的理论和实验分析

压电驱动微喷用于雾化吸入治疗,雾粒直径是微喷的重要参数.雾粒直径与工作条件和液体特性等多种因素有关,为了找到适当的工作条件使微喷高效地产生适合于雾化吸入治疗的雾粒,需要对微喷的雾粒直径及其影响因素进行理论和实验分析.这里采用单一喷孔的微喷流体模型进行分析,使用激光相位-多普勒分析仪测试雾粒的直径及其分布,验证了雾粒直径与微喷孔直径、驱动电压和频率的关系.要得到直径较小的雾粒,应在适当的谐振频率下,采用较小的微喷孔和较小的驱动电压.     

压电膜片式微喷的多场耦合仿真模型及其应用

基于自行设计制造的压电驱动膜片式微喷装置的实际结构,建立了一个多场耦合的数值模型,用来研究压电驱动的膜片式微滴喷射过程中的参数作用和变化规律。在模型的建立过程中,对流体部分的湍流判定和表面力作用的关键技术问题进行了分析研究。该模型能较好地模拟微喷装置工作过程。利用该模型研究了驱动波形对液滴属性的决定关系,以及液体腔中一个工作周期内压力的变化规律等问题。     

压电驱动微喷雾化器的研制及实验研究

作为一种重要的非注射给药途径，雾化吸入治疗方法具有起效快，药物毒、副作用小等特点，因此被越来越广泛地采用。基于压电驱动喷雾打印机工作基本原理，利用微机加工技术，研制了一种压电驱动微喷雾化器。流量、雾粒的直径和速度是微喷雾化器的重要指标，文中采用相关的仪器分别对这些指标进行了测试。由测试结果可知，微喷雾化器产生的雾粒的直径和速度分布集中，且雾粒直径和速度比较适合于雾化吸入治疗，可能成为一种重要的雾化吸入治疗装置。     

基于MEMS的医用雾化微喷研究

介绍了一种基于MEMS技术的雾化微喷的设计、仿真、加工和实验结果。该微喷以压电效应为驱动方式,通过压电片振动所产生的压力使液体从阵列微喷孔中喷出,所产生的液滴直径和速度分布集中,无热效应,不会破坏药液的物理和化学特性。通过有限元仿真分析了微喷液体腔内压力波的分布,并根据仿真结果优化了微喷孔的布置。实验结果表明,该微喷所产生的液滴平均直径15μm,平均速度3m/s。     

数字化微喷射用玻璃基组合微喷嘴设计及实验

为提高液滴微喷射的喷效率和粉体微喷射的喷射方向性,选用普通硼硅酸盐毛细管和石英玻璃管为原材料,基于稳定的拉制和锻制工艺,设计并制作了直列式组合微喷嘴和同轴式组合微喷嘴.在基于微流体数字化的微喷射实验平台上,利用4×2直列式组合微喷嘴单次喷射得到了形状规则、圆整,大小均匀,无卫星液滴的液滴阵列,液滴平均直径为180 μm;相对于单微喷嘴,直列式组合喷嘴提高了单次微喷射的效率.另外,进行了粉体微喷射实验,相对于单微喷嘴,同轴式组合微喷嘴在相同驱动条件下,出射角由33°减小至10°,成形粉线的宽度由450 μm降低至300 μm.结果表明,同轴式组合微喷嘴中的辅助喷嘴有效地约束了主喷嘴出射的粉体流动,粉体喷射的方向性有显著提高.     

压电陶瓷拨爪电机驱动特性研究

利用PCI-7484数据采集卡、光栅和加速度传感器等构建了压电陶瓷拨爪电机驱动测试系统,对其驱动特性进行了实验性分析研究,得到了压电陶瓷拨爪电机交流驱动模式所产生附加振动的规律以及直流工作模式下的纳米级驱动特性曲线,从而为进一步提高压电陶瓷拨爪电机驱动系统的控制精度提供了参考依据。     

新型非接触式微液滴点样喷头的研制

微阵列芯片在基因检测等领域有着广泛的应用,制备微阵列芯片的的点样设备可分为接触式和非接触式两种,其中接触式点样需要频繁的清洗点样针头,非接触式点样设备则需要外界气泵或使用复杂的MEMS工艺制作。为了简化生物微阵列芯片制作过程中繁琐的取样、点样、清洗工作和降低点样仪器的成本,研制了一种新型的储液式微液滴点样装置,具有无需清洗、成本低、制作简便的优点。该装置采用压电陶瓷双晶片作为动力驱动,通过双晶片在液体中的振动激发出水击波,传递至喷孔处使喷孔液面发生振动,从而激发出微液滴滴落。研制的储液式微液滴点样装置可以容纳1 mL的液体试剂,可得到体积为1 nL的微液滴,可重复上万次的点样而不需清洗。以储液式微液滴点样装置为基础,进一步制作了点样仪样机。根据实验测量,储液式微液滴点样装置所产生微液滴的直径为200μm,可以满足生物微阵列芯片的制备要求。     

压电式双驱微进给系统设计及定位精度研究

针对压电陶瓷存在的迟滞特性,为提高微动台定位精度,提出一种基于双驱控制技术的双压电驱动的微进给系统。系统采用运动控制器作为控制部分,双压电陶瓷以推拉形式同时驱动微动台,配置多个位移传感器构成闭环控制系统。为验证系统定位精度,针对压电陶瓷的迟滞特性,采用Preisach-Mayergoyz模型分别进行系统开/闭环控制定位误差对比实验。实验结果表明,相比于单个压电陶瓷驱动,双压电陶瓷同时驱动的情况下系统最大定位误差更小,闭环状态下双压电驱动微动台系统定位精度更高,最大定位误差明显减小,系统稳定性更高。     

微阵列芯片点样微喷系统研制

介绍了一种非接触式点样微喷系统。该系统采用传统精密数控方法加工而成,具有精度高、价格低、易于清洗等特点。采用的阶梯型管道构型,解决了管道进样中可能存在的气泡问题,并且采用疏水化处理的工艺方法解决了液滴在微喷口下聚集的问题。实验结果表明,液滴的大小可以通过改变电磁铁的驱动电压来调节,微液滴尺寸最小可以达2 n L。此外,还采用了组合式微喷结构,使得该微喷系统便于组装、拆卸和清洗,可多次循环使用。是一种极具商业化前景的微喷系统。