[发明专利]一种高频核壳结构微液滴喷射装置

说明书

本发明提出了一种高频核壳结构微液滴喷射装置，包括喷头鞘层、喷头内层、针芯、鞘层可控供液装置、内层可控供液装置、鞘层波形可编程电源、内层波形可编程电源、鞘层波形高压放大器和内层波形高压放大器，所述喷头内层嵌设在喷头鞘层内，所述喷头内层表面设有喷头内层绝缘层。本发明通过喷头鞘层和喷头内层的独立控制供电，分别控制高压电源的电压和频率，与溶液性质进行匹配，可实现微液滴体积以及多核包裹核壳结构的精确调控，引入高频振动针芯，促进溶液微界面流动，从而实现高粘度差鞘层溶液与内层溶液的同步喷射与核壳包裹，并提高核壳结构微液滴的喷射频率。

技术领域

本发明涉及电液耦合喷射领域，尤其是涉及一种高频核壳结构微液滴喷射装置。

背景技术

微液滴以其体积小、比表面积大等优势在微反应器、药物包载、功能材料合成、组织工程、个人护理等领域具有广阔应用前景。采用核壳结构对微液滴进行包裹能够形成封闭体系，保证微环境稳定性，避免相邻微液滴间的物质渗透，隔绝交叉污染。目前微核壳液滴主要采用微流控芯片进行制备，但芯片流道设计复杂，加工成本高；受限于流道尺寸和溶液特性，难以实现高粘度微核壳液滴的可控生成。

电液耦合喷射技术作为一种开放式微液滴生成方法，以电场力为驱动力诱导射流喷射，喷射液滴源于泰勒锥锥尖，液滴直径不受限于喷头尺寸。采用同轴喷头进行核壳结构微液滴喷射可以降低设备成本，提高材料适用性。随着电荷积累，当电场力突破溶液表面张力时，溶液发生流变，形成泰勒锥，液滴从锥尖进行喷射。然而，通常鞘层溶液和内层溶液存在较高的粘度差，液滴喷射条件不同，因此鞘层溶液和内层溶液同步喷射以及核壳液滴包裹控制难度较大。此外，溶液的粘滞性也限制了微液滴喷印喷率的提升。因此，进行高频核壳结构微液滴喷射与包裹过程同步控制已成为电液耦合喷射在核壳结构微液滴制备中的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可克服鞘层溶液和内层溶液粘度差引起的鞘层溶液和内层溶液同步喷射以及核壳液滴包裹控制困难的高频核壳结构微液滴喷射装置。通过喷头鞘层和喷头内层的独立控制供电，分别控制高压电源的电压和频率，与溶液性质进行匹配，可实现微液滴体积以及多核包裹核壳结构的精确调控。引入高频振动针芯，促进溶液微界面流动，从而实现高粘度差鞘层溶液与内层溶液的同步喷射与核壳包裹，并提高核壳结构微液滴的喷射频率。此外，通过电场诱导和针芯机械振动的共同作用，可以克服单独纯电场诱导喷印时各相邻喷头之间的干扰与抑制作用，实现高通量核壳结构微液滴的均匀、稳定制备。

为实现上述目的，本发明提供了一种高频核壳结构微液滴喷射装置，包括喷头鞘层、喷头内层、针芯、鞘层可控供液装置、内层可控供液装置、鞘层波形可编程电源、内层波形可编程电源、鞘层波形高压放大器和内层波形高压放大器，所述喷头内层嵌设在喷头鞘层内，所述喷头内层表面设有喷头内层绝缘层，所述喷头鞘层与喷头内层之间设有绝缘垫片，所述喷头鞘层与喷头内层分别与鞘层波形可编程电源和内层波形可编程电源连接，所述喷头鞘层和喷头内层分别与鞘层可控供液装置和内层可控供液装置相连接，所述针芯与喷头鞘层同轴布置在喷头内层内，所述针芯上安装有针芯振动块，所述针芯振动块连接有控制针芯振动块的振动幅度以及频率的针芯振动控制器。通过喷头鞘层和喷头内层分别与鞘层波形可编程电源和内层波形可编程电源连接，实现独立控制供电，分别控制高压电源的电压和频率，与溶液性质进行匹配，可实现微液滴体积以及多核包裹核壳结构的精确调控，喷头内层内嵌设有高频振动针芯，促进溶液微界面流动，从而实现高粘度差鞘层溶液与内层溶液的同步喷射与核壳包裹，并提高核壳结构微液滴的喷射频率。

进一步的，所述鞘层波形可编程电源上连接有鞘层波形高压放大器，所述鞘层波形高压放大器与喷头鞘层电性连接，所述内层波形可编程电源上连接有内层波形高压放大器，所述内层波形高压放大器与喷头内层电性连接。通过鞘层波形高压放大器和内层波形高压放大器可以将其鞘层波形可编程电源和内层波形可编程电源的信号发大。