專利名稱：氣動式分散器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣動式分散器，且更具體地，涉及一種在排放液體時采用凸緣 (bump)限制回流的氣動式分散器。
背景技術(shù)：
一種排放液體的分散器的實施例包括噴頭。所述噴頭可分為熱泡式噴頭和壓電式 噴頭。在熱泡式噴頭中，當(dāng)氣泡在加熱器中生成時，所述氣泡以與液體排放出口(例如， 噴頭的噴嘴)相反的方向回流。在壓電式噴頭中，即使在按壓與腔相連接的薄膜的方案中，液體也會以與液體排 放噴嘴相反的方向回流。排放液體的分散器一即噴頭一在連接至液體供應(yīng)單元的流徑(flow path)上設(shè) 有節(jié)流裝置(節(jié)流器或者頸)，從而抑制氣泡的回流或者液體的回流。例如，節(jié)流裝置通過在液體的回流方向上形成流徑從而在回流方向上增加流動阻 力，所述回流方向上的流徑與液體在排放方向上的流徑相比具有相對較小的橫截面面積， 從而抑制液體的回流。同樣地，在采用所述的用于形成較小的橫截面面積的流徑的節(jié)流裝置的情況下， 所述分散器的使用受到包括在所排放的液體中的微小顆?；蛘咴南拗?。也就是說，在 分散器中，所述微小顆粒可能堵塞液體供應(yīng)單元和壓力腔之間的間隙。在背景部分中所公開的上述信息僅用于增強(qiáng)對本發(fā)明背景的理解，因此它可能包 含不構(gòu)成本國的本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明致力于提供一種氣動式分散器，該氣動式分散器具有以精確的量排放包含 微小顆粒的液體的優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案本發(fā)明致力于提供一種氣動式分散器，該氣動式分散器還具有另一些優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 簡易、價格低廉并且能夠大量生產(chǎn)。本發(fā)明的一個示例性實施方案提供了一種氣動式分散器，包括第一板，其包括液 體供應(yīng)單元、被連接至所述液體供應(yīng)單元的第一腔，以及被連接至所述第一腔的液體排放 單元；彈性膜，其至少被安裝在所述第一板的第一腔上并且構(gòu)成該第一腔的一側(cè)；第二板， 其在與所述第一腔相對的一側(cè)上包括第二腔，該第二板面向第一板，且所述彈性膜被插入 其間；以及，凸緣，其通過使液體供應(yīng)單元朝向彈性膜突出而形成。所述彈性膜可與所述第一板和第二板相對應(yīng)地形成。所述彈性膜可包括固定單元，其被固定在所述第一板和第二板之間；以及，驅(qū)動單元，其在所述第一腔和第二腔之間進(jìn)行抽吸操作。所述彈性膜可由聚二甲基硅氧烷 (PDMS)制成。作為所述驅(qū)動單元的一側(cè)的第一腔可構(gòu)成供應(yīng)和排放液體的液體腔，以及作為所 述驅(qū)動單元的另一側(cè)的第二腔可構(gòu)成形成負(fù)壓和正壓的氣動腔。所述第一腔和第二腔可在相同的中心線上具有相同的面積。所述第一腔可由圓柱形凹槽形成，并且凸緣可對應(yīng)于彈性膜的中心呈圓柱形地突出ο以所述第一腔的底部為基準(zhǔn)，凸緣的突出高度比第一腔的凹槽高度低。所述液體供應(yīng)單元包括入口，其被連接至所述第一腔；以及，凸緣，其從所述第 一腔的底部朝向彈性膜突出，從而使入口朝向彈性膜延伸。所述液體排放單元包括連接至第一腔的排放出口，并且所述第一腔進(jìn)一步包括被 連接至所述排放出口的流徑。有利效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案，當(dāng)凸緣通過使液體供應(yīng)單元朝向 彈性膜突出而形成，并在排放液體時通過以彈性膜阻塞液體供應(yīng)單元防止液體回流時，彈 性膜的第二次變形排放了所述液體，從而將包括微小顆粒的液體定量地排放出去。此外，因為一個示例性實施方案的氣動式分散器允許了氣動壓力(負(fù)壓或正壓) 作用于所述第二腔而不使用電學(xué)器件，因此實現(xiàn)了簡易的結(jié)構(gòu)、低廉的價格，和大規(guī)模的生 產(chǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的氣動式分散器的立體圖。圖2是圖1的氣動式分散器的立體分解圖。圖3是第一板中的第一腔的平面圖。圖4是被連接至第一板中的第一腔的流徑的局部立體圖。圖5是第一腔中的凸緣和入口的放大的平面圖。圖6是第一板中的液體排放單元的立體圖。圖7至圖9示出了圖1的氣動式分散器的運(yùn)行狀態(tài)圖。
具體實施例方式本發(fā)明將在下文中參考附圖被更完整地描述，在這些附圖中示出了本發(fā)明的示例 性實施方案。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到的，所描述的實施方案可通過各種不同的方 式而被修改，所有這些修改都不背離本發(fā)明的宗旨或者范圍。這些附圖和描述本質(zhì)上被認(rèn) 為是解釋性而非限制性的。貫穿整個發(fā)明書，相同的參考數(shù)字指示相同的元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的氣動式分散器的立體圖，以及圖2是 圖1的氣動式分散器的立體分解圖。參考圖1和圖2，所述氣動式分散器1被配置為定量排放一種液體和包括微小顆 粒或細(xì)胞的其他液體。作為一個實施例，氣動式分散器1包括第一板10、彈性膜20、第二板 30和凸緣40。
第一板10和第二板30被彼此粘合，且彈性膜20被插入其間。第一板10被配置用 于供應(yīng)和排放液體。第二板30被配置以使氣動壓力(負(fù)壓和正壓)作用于彈性膜20上。例如，第一板10包括液體供應(yīng)單元11、第一腔Cl以及液體排放單元12，并且該第 一板10構(gòu)成氣動式分散器1的體部。第二板30構(gòu)成對應(yīng)于第一腔Cl的第二腔C2。彈性膜20被安裝在第一板10上并且構(gòu)成第一腔Cl的一側(cè)。彈性膜20至少被安 裝為面向第一腔Cl。在該示例性實施方案中，彈性膜20被形成為面向第一板10和第二板30。也就是 說，彈性膜20具有與組裝狀態(tài)的第一板10和第二板30相同的面積。彈性膜20包括固定單元21和驅(qū)動單元22。所述固定單元21被固定在面向彼此 的第一板10和第二板30之間。所述驅(qū)動單元22被布置在第一腔Cl和第二腔C2之間。所 述驅(qū)動單元22通過朝向第一腔Cl和第二腔C2移動以進(jìn)行抽吸操作。例如，所述彈性膜20可由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。彈性膜20在第一板10和第二板30之間為第一腔Cl和第二腔C2分別建立了相 對側(cè)。驅(qū)動單元22和第一腔Cl-其構(gòu)成驅(qū)動單元22的一側(cè)一構(gòu)成供應(yīng)和排放液體的液 體腔。驅(qū)動單元22和第二腔C2-其構(gòu)成驅(qū)動單元22的另一側(cè)一構(gòu)成了產(chǎn)生負(fù)壓和正壓 的氣動腔。圖3是第一板中的第一腔的平面圖，圖4是被連接至第一板中的第一腔的流徑的 局部立體圖，圖5是第一腔中的凸緣和排放出口的放大平面圖。參考圖3至圖5，第一腔Cl和第二腔C2由布置在相同的中心線上的且具有相同的 面積的圓柱形凹槽形成。相應(yīng)地，作用在第二腔C2上的負(fù)壓和正壓通過彈性膜20的驅(qū)動 單元22有效地作用在第一腔Cl上。當(dāng)彈性膜20將液體排放至第一板10和第二板30之間的液體排放單元12時，凸 緣40阻止了所排放的液體回流至液體供應(yīng)單元11。例如，凸緣40通過使液體供應(yīng)單元11 朝向彈性膜20突出而形成。第一腔Cl由圓柱形凹槽形成。凸緣40對應(yīng)于彈性膜20的中心在第一腔Cl中呈 圓柱形突出。以第一腔Cl的底部為基準(zhǔn)，凸緣40的突出高度H40比第一腔Cl的凹槽高度 HCl 低。被連接至第一腔Cl的液體供應(yīng)單元11包括入口 11a。入口 Ila形成在凸緣40 中。也就是說，凸緣40從第一腔Cl的底部朝向彈性膜20突出，從而使液體供應(yīng)單元11的 入口 Ila朝向彈性膜20延伸。在排放液體時，在入口 Ila被堵塞之后，彈性膜20被進(jìn)一步 加壓。圖6是第一板中的液體排放單元的立體圖。參考圖6，在第一板10中，液體排放單元12包括被連接至第一腔Cl的排放出口 12a。第一腔Cl和排放出口 1 通過流徑13彼此連接。流徑13以與第一腔Cl的凹槽高度HCl相同的高度形成。因此，凸緣40的突出高 度H40比流徑13的凹槽高度HCl低。流徑13的一側(cè)由彈性膜20構(gòu)成。在下文中，將描述氣動式分散器1的生產(chǎn)工藝。作為一個實施例，液體供應(yīng)單元 11、液體排放單元12以及流徑13通過干法硅蝕刻方法(silicon dry etching method)在 第一板10上形成。
也就是說，通過由兩個步驟構(gòu)成的干法硅蝕刻方法，形成第一腔Cl、流徑13和凸 緣40。凸緣40由第一步蝕刻所形成，以及第一腔Cl和流徑13由在第一步蝕刻之后進(jìn)行的 第二步蝕刻形成。因此，第一腔Cl和流徑13的凹槽高度HCl與在第一腔Cl上突出的凸緣40的突 出高度H40不同。例如，凸緣40的高度與流徑13和第一腔Cl的高度可以相差約20mm。由于流徑13和第一腔Cl的高度HCl比凸緣40的高度H40高，所以當(dāng)彈性膜20 與第一板10接觸時，彈性膜20并不會貼到凸緣40上。在第一腔Cl、流徑13和凸緣40形成之后，第一板10的與第一腔Cl相對的一個表 面被布置在第一腔Cl的表面上且被圖案化。此后，液體供應(yīng)單元11的入口 Ila和液體排 放單元12的排放出口 12a由干法硅蝕刻方法形成。彈性膜20通過使用PDMS形成。例如，第二板30的內(nèi)表面用PDMS涂覆幾十至上 百mm，且在約70°C硬化，從而使PDMS被制成在第二板30的內(nèi)表面上。所制成的PMDS表面使用氧等離子體處理約30s，且將其中形成了所述彈性膜的第 二板30粘合至第一板10。因此，彈性膜20被插入在了第一板10和第二板30之間。另外，第二腔C2通過在第二板30中形成對應(yīng)于第一腔Cl的孔而形成。第二腔C2 具有與第一腔Cl相同的直徑。通過氣動氣壓--即負(fù)壓或正壓--的致動，第二腔致動彈性 膜20的驅(qū)動單元22。圖7至圖9示出了圖1的氣動式分散器的運(yùn)行狀態(tài)圖。參考圖7至圖9，將描述氣 動式分散器1的運(yùn)行。參考圖7，當(dāng)負(fù)壓作用在第二腔C2上時，彈性膜20的驅(qū)動單元22從第一腔Cl延 伸至第二腔C2，從而在第一腔Cl中形成負(fù)壓。通過負(fù)壓，液體通過液體供應(yīng)單元11的入口 Ila輸入第一腔Cl和流徑13。參考圖8，當(dāng)負(fù)壓從第二腔C2釋放，且正壓作用在第二腔C2上時，彈性膜20的驅(qū) 動單元22從第二腔C2被壓向第一腔Cl，以與凸緣40緊密接觸，從而堵塞入口 11a。即使彈性膜20被加壓，由于入口 Ila的堵塞，第一腔Cl和流徑13中的液流被保 持了堵塞，而不通過液體供應(yīng)單元11的入口 Ila回流。參考圖9，當(dāng)更大的正壓作用于第二腔C2時，彈性膜20的驅(qū)動單元22在與凸緣 40緊密接觸而堵塞入口 Ila的同時，還在從第二腔C2到第一腔Cl的進(jìn)一步加壓下，對第一 腔Cl的內(nèi)部加壓。因為第一腔Cl在入口 Ila的堵塞狀態(tài)下被加壓，所以第一腔Cl和流徑13中的液 體通過液體排放單元12的排放出口 1 被排出。此時，通過控制作用在第二腔C2上的正壓的幅度和運(yùn)行時間，從排放出口 1 排 放的液體可被定量控制。同樣，該示例性實施方案的氣動式分散器1將液體排放至排放出口 12a，以將其口 徑保持為能夠維持如下狀態(tài)在該狀態(tài)中，彈性膜20與凸緣40緊密接觸以完全堵塞入口 Ila0因而，一個示例性實施方案的氣動式分散器1可定量排放包括各種微小顆粒和細(xì) 胞的液體，且可主要在要求定量排放一即生物相關(guān)的試驗裝置一的領(lǐng)域中被采用。另外，由于一個示例性實施方案的氣動式分散器1具有由氣動壓力而非電氣結(jié)構(gòu)致動的簡易結(jié)構(gòu)，所以氣壓分散器1可以以低成本并通過各種方法生產(chǎn)。因此，一個示例性實施方案的氣動式分散器1可很容易地在要求液體排放的系統(tǒng) 中采用，從而有助于發(fā)展集成系統(tǒng)，即芯片實驗室系統(tǒng)。盡管本發(fā)明結(jié)合了目前認(rèn)為可行的示例性實施方案進(jìn)行描述，應(yīng)理解的是，本發(fā) 明并不限于所公開的實施方案，相反地，本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的宗旨和范 圍內(nèi)的各種改型和等同的布置。
權(quán)利要求
1.一種氣動式分散器，包括第一板，其包括液體供應(yīng)單元、連接至所述液體供應(yīng)單元的第一腔，以及連接至所述第 一腔的液體排放單元；彈性膜，其至少被安裝在所述第一板的第一腔上，并且構(gòu)成所述第一腔的一側(cè)； 第二板，其在與所述第一腔相對的一側(cè)上包括第二腔，該第二板面向第一板，且所述彈 性膜被插入其間；以及凸緣，其通過使液體供應(yīng)單元朝向所述彈性膜突出而形成。
2.如權(quán)利要求1的氣動式分散器，其中所述彈性膜與所述第一板和第二板相對應(yīng)地形成。
3.如權(quán)利要求2的氣動式分散器，其中所述彈性膜包括 固定單元，其固定在所述第一板和第二板之間；以及驅(qū)動單元，其在所述第一腔和第二腔之間進(jìn)行抽吸操作。
4.如權(quán)利要求3的氣動式分散器，其中所述彈性膜由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。
5.如權(quán)利要求3的氣動式分散器，其中所述驅(qū)動單元的一側(cè)的第一腔構(gòu)成供應(yīng)和排放液體的液體腔，以及 所述驅(qū)動單元的另一側(cè)的第二腔構(gòu)成形成負(fù)壓和正壓的氣動腔。
6.如權(quán)利要求5的氣動式分散器，其中所述第一腔和第二腔在相同的中心線上具有相 同的面積。
7.如權(quán)利要求6的氣動式分散器，其中 所述第一腔由圓柱形凹槽形成，以及所述凸緣對應(yīng)于彈性膜的中心呈圓柱形地突出。
8.如權(quán)利要求7的氣動式分散器，其中以所述第一腔的底部為基準(zhǔn)，所述凸緣的突出 高度比第一腔的凹槽高度低。
9.如權(quán)利要求1的氣動式分散器，其中所述液體供應(yīng)單元包括連接至第一腔的入口，以及所述凸緣從所述第一腔的底部朝向彈性膜突出，從而使入口朝向彈性膜延伸。
10.如權(quán)利要求9的氣動式分散器，其中所述液體排放單元包括被連接至第一腔的排放出口，以及 所述第一腔進(jìn)一步包括被連接至排放出口的流徑。
全文摘要
一種根據(jù)本發(fā)明的氣動式分散器(1)，包括第一板(10)，其包括液體供應(yīng)單元(11)、被連接至所述液體供應(yīng)單元(11)的第一腔(C1)，以及被連接至所述第一腔(C1)的液體排放單元(12)；彈性膜(20)，其至少被安裝在所述第一板(10)的第一腔(C1)上且構(gòu)成所述第一腔(C1)的一側(cè)；第二板(30)，其在與第一腔(C1)相對的一側(cè)上包括第二腔(C2)，該第二板(30)面向所述第一板(10)，且所述彈性膜(20)被插入其間；以及，凸緣，其通過使液體供應(yīng)單元(11)朝向彈性膜(20)突出而形成。
文檔編號B41J2/045GK102056744SQ200980121488
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
發(fā)明者李尚珉, 金俊源 申請人:浦項工科大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)