本發(fā)明涉及點(diǎn)樣技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于微裝配的pL（皮升）級超微量點(diǎn)樣平臺的補(bǔ)液裝置及方法。

背景技術(shù)：

點(diǎn)樣技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，從半導(dǎo)體封裝工業(yè)、集成電路產(chǎn)業(yè)、SMT/PCB裝配業(yè)到一般性工業(yè)的焊接、注涂和密封點(diǎn)樣，點(diǎn)樣技術(shù)都起著至關(guān)重要的作用。本發(fā)明在華南理工大學(xué)張勤提出的超微量點(diǎn)樣方法的基礎(chǔ)上提出了新式微量連續(xù)補(bǔ)液裝置，解決了原有點(diǎn)樣方法，無法連續(xù)補(bǔ)液的問題。超微量點(diǎn)樣方法是采用移液針穿過玻璃微管內(nèi)的液體時，移液針先端吸附的微小液滴實現(xiàn)超微量點(diǎn)樣。其中點(diǎn)樣液體的存儲是位于玻璃微管當(dāng)中，其原理是依靠毛細(xì)現(xiàn)象往玻璃微管當(dāng)中填充液體。原有裝置中，依靠毛細(xì)現(xiàn)象來實現(xiàn)液體存儲玻璃微管的玻璃微管裝置，受限于存儲原理及自身結(jié)構(gòu)的影響，毛細(xì)管無法存儲大量液體，且無法實現(xiàn)對毛細(xì)管的實時微量連續(xù)補(bǔ)液。因此，原有超微量點(diǎn)樣裝置中無法實現(xiàn)點(diǎn)樣動作的連續(xù)進(jìn)行，需要停止點(diǎn)樣動作，進(jìn)行液體的補(bǔ)充。受限于此，原方法無法滿足對超微量點(diǎn)樣平臺連續(xù)作業(yè)的要求，只適用于極少量，不連續(xù)的點(diǎn)樣應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明提出的方法，可以實現(xiàn)超微量點(diǎn)樣裝置的微量連續(xù)補(bǔ)液；在保留原有依靠毛細(xì)現(xiàn)象實現(xiàn)液體存儲的玻璃微管裝置基礎(chǔ)上，依靠連通器原理，發(fā)明了一種實時補(bǔ)液裝置。解決了原有超微量點(diǎn)樣平臺無法連續(xù)作業(yè)的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明在保留原有依靠毛細(xì)現(xiàn)象實現(xiàn)液體存儲的玻璃微管裝置基礎(chǔ)上，依靠連通器原理，設(shè)計發(fā)明了pL級超微量補(bǔ)液裝置及方法。

本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實現(xiàn)。

一種pL級超微量補(bǔ)液裝置，包括移液針、運(yùn)動控制器、玻璃微管連通器、流量控制裝置和液體輸送裝置； 所述的玻璃微管連通器依據(jù)連通器原理與毛細(xì)現(xiàn)象原理設(shè)計而成，由連通器、毛細(xì)微管、液體溢流口組成；所述的移液針的軸向中心線與玻璃微管連通器中毛細(xì)微管部分軸向中心線重合；

所述的運(yùn)動控制器與移液針固連，控制移液針在玻璃微管連通器中的上下移動；

所述流量控制裝置由依次連接的連通接口、輸液軟管、流速調(diào)節(jié)器、滴壺和針嘴組成，連通接口與玻璃微管連通器連通，通過針嘴與液體輸送裝置連接；

所述液體輸送裝置通過流量控制裝置與玻璃微管連通器連接，提供液體。

進(jìn)一步地，所述的玻璃微管連通器中，連通器一端的底端連接毛細(xì)微管，且毛細(xì)微管上半部分伸入連通器內(nèi)腔，下半部分伸出連通器；液體溢流口設(shè)置于玻璃微管連通器旁路一側(cè)，液體溢流口位置位于連通器旁路支管外側(cè)。

進(jìn)一步地，毛細(xì)微管上半部分伸入連通器內(nèi)腔，伸入的長度為10mm-15mm；下半部分伸出連通器，伸出的長度為5mm-10mm；毛細(xì)微管的內(nèi)徑范圍0.8-1mm；連通器中主儲液腔內(nèi)徑尺寸范圍25mm-26mm，連通器旁路補(bǔ)液管內(nèi)徑尺寸范圍3-4mm。

進(jìn)一步地，所述的玻璃微管連通器中，針對不同粘度屬性的液體，采用不同的液體溢流口高度，控制液體液面線與毛細(xì)微管上端的距離，液面高度高于毛細(xì)微管1-2mm。

進(jìn)一步地，所述的移液針由鎢絲針超微細(xì)精密放電加工而成，針尖尺寸根據(jù)液體分配量要求確定。

進(jìn)一步地，所述的運(yùn)動控制器由直線伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器、移液針夾具組成；移液針夾具采用三爪卡盤結(jié)構(gòu)用以夾緊移液針。

進(jìn)一步地，連通器包括液體主儲液腔，連通管，旁路補(bǔ)液管，其中液體主儲液腔，用于存儲補(bǔ)液裝置輸送過來的液體，供給毛細(xì)微管液體，連通管用于連通旁路補(bǔ)液管與液體主儲液腔；毛細(xì)微管用于儲存超微量點(diǎn)樣裝置中與移液針接觸的液體；液體溢流口用于控制液體主儲液腔液面線的高度。

進(jìn)一步地，流量控制裝置可以調(diào)節(jié)補(bǔ)液的速度和補(bǔ)液量，滿足不同粘度液體的需要。流量控制裝置由連通接口，輸液軟管，流速調(diào)節(jié)器，滴壺，針嘴組成。其中連通接口用于連通流量控制裝置與玻璃微管連通器旁路補(bǔ)液管，輸液軟管用于輸送液體，流速調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)補(bǔ)液速度，滴壺用于觀測補(bǔ)液液體流速和排除輸液軟管中的氣泡，針嘴用于連通流量控制裝置與液體輸送裝置。

適用于pL級超微量補(bǔ)液裝置的補(bǔ)液方法，包括：微量補(bǔ)液是通過運(yùn)動控制器中移液針夾具夾緊移液針，由直線伺服電機(jī)帶動移液針在連通器微管中的上下運(yùn)動過程中產(chǎn)生的微管內(nèi)外的微量壓力差，將連通器內(nèi)的液體吸入微管內(nèi)，實現(xiàn)微管內(nèi)pL級液體的補(bǔ)充。

進(jìn)一步地，補(bǔ)液量的控制是通過改變移液針的先端幾何尺寸以及上下運(yùn)動頻率控制移液針上下運(yùn)動一次微量補(bǔ)液的液體量，滿足在pL級體積量綱下對不同補(bǔ)液量的要求，其中上下運(yùn)動頻率由運(yùn)動控制器接收的脈沖頻率決定。

進(jìn)一步地，通過對流速調(diào)節(jié)裝置中滑輪的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，控制流量控制裝置中輸液軟管的管徑來調(diào)節(jié)輸液流速，實現(xiàn)對不同粘度液體的補(bǔ)液功能；上述的流量控制裝置中，通過對滴壺中液滴的滴落頻率的觀測，獲取實時的補(bǔ)液流速。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）實現(xiàn)了pL級超微量點(diǎn)樣裝置的實時補(bǔ)液功能。

（2）實現(xiàn)了pL級超微量點(diǎn)樣裝置的連續(xù)不間斷點(diǎn)樣功能。

（3）實現(xiàn)了pL級超微量點(diǎn)樣裝置的補(bǔ)液速度的監(jiān)測功能。

（4）實現(xiàn)了pL級超微量點(diǎn)樣裝置的補(bǔ)液速度調(diào)節(jié)的功能。

（5）實現(xiàn)了pL級超微量點(diǎn)樣裝置對不同液體粘度的補(bǔ)液操作。

（6）實現(xiàn)了壓力式補(bǔ)液方法均勻出液的功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實例的pL級微量連續(xù)補(bǔ)液裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為本發(fā)明實例的玻璃微管連通器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實例的pL級微量補(bǔ)液原理圖。

圖4為本發(fā)明實例的流量控制裝置的示意圖。

圖5為本發(fā)明實例的流量監(jiān)測示意圖。

圖6為本發(fā)明實例的流量調(diào)節(jié)裝置的原理圖。

圖中：1-玻璃微管連通器；101-連通器；102-毛細(xì)微管；103-液體溢流口；2-移液針運(yùn)動控制器；3-移液針；4-第一支架；5-液體；6-流量控制裝置；601-連通接口；602-輸液軟管；603-流速調(diào)節(jié)器；60301-滑輪直線導(dǎo)軌；60302-滑輪；604-滴壺；605-針嘴；7-液體輸送裝置；701-儲液槽；702-壓力裝置；8-第二支架；

9-微小液滴。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本發(fā)明采用的材料和加工方法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)材料和加工方法。

如圖1所示，一種適用于超微量點(diǎn)樣平臺的pL級超微量補(bǔ)液裝置，包括移液針3，運(yùn)動控制器2，玻璃微管連通器1，流量控制裝置6，液體輸送裝置7五部分。

所述的玻璃微管連通器1包括第一支架4，安裝在第一支架4上的連通器101，以及安裝在連通器一端底端的毛細(xì)微管102，以及液體溢流口103。

如圖2、圖3所示微量補(bǔ)液是通過運(yùn)動控制器2帶動移液針3在毛細(xì)微管102中的上下運(yùn)動過程中產(chǎn)生的微管內(nèi)外的微量壓力差，將連通器101內(nèi)的液體吸入微管內(nèi)，實現(xiàn)微管內(nèi)pL級液體的補(bǔ)充。將連通器101內(nèi)的液體5以微小液滴9的形式補(bǔ)充進(jìn)入毛細(xì)微管102中，實現(xiàn)對毛細(xì)微管102中液體5的連續(xù)微量補(bǔ)充，進(jìn)而完成超微量點(diǎn)樣動作。不同玻璃微管連通器1中，毛細(xì)微管102在連通器101中的伸出尺寸以及液體溢流口高度尺寸可以調(diào)整，以滿足不同粘度液體的需求。

如圖4所示，所述的流量控制裝置6包括由依次連接的連通接口601、輸液軟管602、流速調(diào)節(jié)器603、滴壺604和針嘴605組成，連通接口601與連通器101旁路管接口相連。所述的連通接口兩端分別與輸液軟管602和連通器101旁路管接口連接，流速調(diào)節(jié)器603套在輸液軟管602外端，所述的輸液軟管602兩端分別與連通接口601和滴壺604下通口連接，所述的滴壺分別于輸液軟管602與針嘴605連接。通過流量控制裝置6，維持連通器內(nèi)液面高度與毛細(xì)微管102上端端口距離維持1-2mm，防止因為連通器內(nèi)液體5量過多而導(dǎo)致的毛細(xì)微管102無法依靠吸附管內(nèi)液體導(dǎo)致液體下漏的問題。

如圖5所示，所述的流量控制裝置6中流速調(diào)節(jié)器603，通過調(diào)節(jié)滑輪60302在滑輪直線導(dǎo)軌60301中的上下位置，調(diào)節(jié)輸液軟管602的管徑大小，進(jìn)而控制液體流速。

如圖6所示，所述的流量控制裝置6中滴壺604，通過觀測液滴的下落頻率獲取補(bǔ)液速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)流量控制器，維持連通器內(nèi)液體液面線與毛細(xì)微管102上端端口距離維持1-2mm。

所述的液體輸送裝置7通過第二支架8固定，液體輸送裝置7通過流量控制裝置6末端連通接口601與玻璃微管連通器1相連，所述的液體輸送裝置7通過壓力裝置702輸送液體至流量控制裝置6，通過流量控制裝置6給玻璃微管連通器1補(bǔ)充液體5。

連通器101包括液體主儲液腔，連通管，旁路補(bǔ)液管，其中液體主儲液腔，用于存儲補(bǔ)液裝置輸送過來的液體，供給毛細(xì)微管102液體，連通管用于連通旁路補(bǔ)液管與液體主儲液腔；毛細(xì)微管102用于儲存超微量點(diǎn)樣裝置中與移液針3接觸的液體；液體溢流口103用于控制液體主儲液腔液面線的高度。

流量控制裝置6可以調(diào)節(jié)補(bǔ)液的速度和補(bǔ)液量，滿足不同粘度液體的需要。流量控制裝置6由連通接口601，輸液軟管602，流速調(diào)節(jié)器603，滴壺604，針嘴605組成。其中連通接口601用于連通流量控制裝置6與玻璃微管連通器1旁路補(bǔ)液管，輸液軟管602用于輸送液體5，流速調(diào)節(jié)器603用于調(diào)節(jié)補(bǔ)液速度，滴壺604用于觀測補(bǔ)液液體流速和排除輸液軟管中的氣泡，針嘴605用于連通流量控制裝置6與液體輸送裝置7。

本實例中，微量補(bǔ)液是通過運(yùn)動控制器2中移液針夾具夾緊移液針3，由直線伺服電機(jī)帶動移液針3在連通器微管中的上下運(yùn)動過程中產(chǎn)生的微管內(nèi)外的微量壓力差，將連通器內(nèi)的液體吸入微管內(nèi)，實現(xiàn)微管內(nèi)pL級液體的補(bǔ)充。

補(bǔ)液量的控制是通過改變移液針3的先端幾何尺寸以及上下運(yùn)動頻率控制移液針3上下運(yùn)動一次微量補(bǔ)液的液體量，滿足在pL級體積量綱下對不同補(bǔ)液量的要求，其中上下運(yùn)動頻率由運(yùn)動控制器2接收的脈沖頻率決定。

通過對流速調(diào)節(jié)裝置603中滑輪60302的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，控制流量控制裝置6中輸液軟管602的管徑來調(diào)節(jié)輸液流速，實現(xiàn)對不同粘度液體的補(bǔ)液功能；上述的流量控制裝置6中，通過對滴壺604中液滴的滴落頻率的觀測，獲取實時的補(bǔ)液流速。