[发明专利]用于喷射非常小的液滴的改进的微流体设备

说明书

本公开的各实施例总体上涉及用于喷射非常小的液滴的改进的微流体设备。一种微流体设备具有腔室；与腔室流体连接的流体进入通道；与腔室流体连接的多个喷嘴孔；以及可操作地耦合到流体容纳腔室并且被配置为在微流体设备的操作条件下使流体的液滴喷射通过喷嘴孔的致动器。腔室具有细长形状，具有长度和最大宽度，其中腔室的长度与最大宽度之间的纵横比为至少3:1。喷嘴孔被配置为在使用中生成具有总液滴体积的多个液滴，其中总液滴体积与腔室体积的比率为至少15％。

技术领域

本公开涉及一种用于喷射非常小的液滴的改进的微流体设备。

背景技术

众所周知，为了喷洒墨水和/或香水以及在电子香烟或吸入医疗装置中，已经提出使用小尺寸的微流体设备，该微流体设备可以通过微电子制造技术获取。

已知或未知成分流体的输送通过改进的设计、喷墨结构是可行的，该结构例如描述于US 2015/367014、US 2014/14310633、US2015/0367356或US 2015/367641中。

然而，在某些应用中，诸如在雾化器应用中，需要喷射尺寸非常小的液滴，小至1μm。然而，当前的半导体技术允许制造直径大于6μm的喷嘴。

为了解决这个问题，例如，US2018/0141074公开了一种形成在容纳流体容纳腔室的本体中的微流体设备。示例性实施例示出在图1和图2中。这里，形成在本体5中的腔室1耦合到流体进入通道2和形成在喷嘴板(不可见，覆盖腔室1)中的液滴发射通道或喷嘴3。液滴发射通道3覆盖腔室1并且部分地与其偏移，以限定尺寸小于孔区域的交叉区域4，从而限定有效出口面积。加热器8形成在本体5中在腔室1下方，并且被配置为加热腔室1中的流体，以生成被发射通过液滴发射通道3的液滴。

因此，可以获取小液滴。特别地，液滴的尺寸(直径/体积)与喷嘴直径直接相关，如图2所示，将喷射液滴的体积绘制为喷嘴直径的函数(图1中的有效出口面积)。

该解决方案已经成功地减小了喷射液滴的尺寸，但对设备的操作造成了进一步的挑战，特别是当需要以高频率喷射大量非常小的液滴时。

特别地，为了获取足够体积的发射流体，已经研究了包括布置在腔室外围上的多个孔的测试结构。然而，已经看到，这种架构可能不是热高效的。

事实上，例如，已经研究了具有直径为6μm的外围偏置喷嘴的微流体设备，该微流体设备被配置为获取约0.28pL(皮升)的液滴。这导致液滴体积小于腔室体积的1％，并且因此小于腔室中容纳的流体(例如，50pL)。因此，比实际喷射的流体体积大得多的流体被加热。因此，已经观察到，热能在腔室中非常迅速地积聚并且可能导致容纳多个相邻腔室的管芯过热。

在某些情况下，甚至在流体进入腔室之前就已经观察到流体的沸腾，从而使系统全面脱底(depriming)。因此，在包括多个腔室的设备中，每个腔室连接到多个喷嘴，以高频(甚至高于1kHz)点火，存在由于全局脱底而导致整个设备发生故障的风险。此外，脱底可能会很快发生，从而损坏设备。

本公开的各种实施例提供了解决现有技术问题的改进的微流体设备。

发明内容

根据本发明，提供了一种微流体设备及其制造方法。

附图说明

为了理解本公开，现在参考附图描述其实施例，纯粹作为非限制性示例，在附图中：

图1是微流体设备的腔室的简化俯视图，具有透明部分；

图2是表示液滴体积对喷嘴直径的依赖性的曲线图；

图3是本微流体设备的腔室的一个实施例的简化透视截面图；

图4是图3的单元的简化俯视图，具有透明部分；

图5是表示通过实验获取的出口面积与液滴直径之间关系的曲线图；