[发明专利]微机械加工的流体喷射器

说明书

相关申请的交差引用

本申请要求由Yunlong Wang在2007年3月31日提交的题为微机械加工(micromachine)的流体喷射器的在先美国实用专利申请11/694943的优先权及其利益。该在先申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。 

技术领域

本发明涉及用于测定方法和测定装置中的流体喷射器阵列。装置包括在同心换能器之间具有喷嘴的薄膜，所述薄膜被安装在流体贮液腔和空腔之间。致动所述换能器可使所述薄膜弯曲，从而使流体从所述贮液腔喷出并流入所述空腔。特定的方法涉及对分析物的分析，其中，经过反应的分析物从孔口阵列喷出并喷到一个用于检测的表面上。所述装置可以包括与位于空腔上方的喷射器阵列流体接触的反应室，该喷射器阵列用于将反应产物喷射到用于采集和/或检测的表面上。 

背景技术

在微流体领域，人们遇到了许多流体处理方面的问题。特定的力，例如表面张力和静电，在微型装置中变得相对重要起来。诸如流体分散、使死体积最小化、精确流体体积分配以及流动控制等问题需要用新方法来处理。目前的微流体处理技术可能还不适用于解决在微流体分析中所面临的独特问题。 

流体液滴喷射器通常是与打印业务相关的。各种不同的喷嘴已在许多出版物中进行了报导并得到了商业应用。这些喷嘴典型地用于形 成和控制小墨水液滴，从而带来了按要求的高质量打印。典型地，墨水打印头具有孔口和喷嘴，墨水液滴从该孔口和喷嘴中喷出并喷到打印介质上，并且墨水在内部以确定的路线通过打印头。用于将墨水喷射到打印介质上的常规方法包括压电换能器和由热脉冲形成的气泡，以驱使流体从喷嘴喷出的。在打印头包括多个喷嘴的情况下，如果希望选择性地使墨水液滴从特定的喷嘴喷出而不是从其他的喷嘴喷出，在本领域中已知的常规解决方案要求各个喷嘴通过长窄通道相互分离，从而使阻尼压力在由公共源提供到喷嘴的墨水流体中突增(surge)。加热器还可以位于各个喷嘴处，以减少在特定喷嘴处的墨水粘度。因此，当液滴要从特定的喷嘴喷出时，在该喷嘴处的加热器被激活，以加热该喷嘴处的墨水，从而使得当压力脉冲被施加到墨水流体时，在该喷嘴处的墨水粘度被减少到足以使墨水液滴从该喷嘴喷出的程度，而在其他喷嘴处的(较冷的)墨水仍旧保持足够高的粘度，以防止墨水液滴从那些其他的喷嘴喷出。 

在授予Dante的美国专利6712455中，提供了一种具有公共墨水室或墨水贮液腔的打印头，该公共墨水室或墨水贮液腔的一侧上的边界由具有喷嘴孔口的薄膜界定。所述薄膜形成所述打印头的打印工作面。压电元件位于在喷嘴附近的所述薄膜上。所述压电元件使在喷嘴周围的薄膜段弯曲，以将墨水液滴从单独的喷嘴孔口喷出。在所述薄膜上还提供了凸纹(ribs)，该凸纹定义了相应于喷嘴的各个薄膜段的边界。所述凸纹可以以两种方式将每个喷嘴与其他的喷嘴分离开来。第一种方式，所述凸纹用作加劲纹，从而使得当与一个薄膜段连接的压电元件弯曲该薄膜段时，其他的薄膜段不会被弯曲得很严重。第二种方式，在薄膜内表面上的凸纹壁使压力脉冲向上偏转入被致动的薄膜段，并且使其偏转远离相邻的薄膜段/喷嘴。 

在授予 等人的美国专利6445109和6474786中，还报导了微机械加工的液滴喷射器。这些类型的液滴喷射器包括圆柱形贮液腔，其一端用包含至少一个孔口的弹性薄膜进行封闭，另一端具有用于致动流体通过孔口喷出的体致动器(bulk actuator)。喷射器阵列是 一种微机械加工的二维阵列液滴喷射器。所述喷射器包括具有孔口的弹性薄膜的二维矩阵阵列，其中，该孔口用于封闭圆柱形流体贮液腔的端口。喷射器中的流体被该流体中的压力波体致动(bulk actuated)，从而使得流体在各个孔口处形成具有几乎足以离开该孔口的能量的弯液面(meniscus)。然后，通过致动在特定薄膜位置上的压电换能器，可以选择性地将液滴从个别孔口中喷出。在另一种可选择的操作模式中，体压力波具有足以喷出液滴的幅度，同时个别薄膜致动器被致动，从而选择性地防止液滴从特定的孔口中喷出。