一种全自动超声波干化学多层膜制备设备的制作方法

本发明涉及检验试剂加工领域，具体涉及一种全自动超声波干化学多层膜制备设备。

背景技术：

干化学试剂属于检验试剂的一种，它是以被检测样品中的液体作为反应媒介，待测物直接与固化于载体上的干粉试剂反应的一种检测试剂。与湿式生化检测相比，干式生化检测操作简便，无需专业人员，耗时短，适用于野外检测、急诊检测、床旁检测（poct）和家庭检测。随着酶的分离提纯技术的进步、光电检测技术和计算机应用技术的发展，干化学检测技术有了长足的进步，其检测准确性几乎可和湿化学检测相媲美。

目前应用的干化学试剂片制作方法主要分为三种：一种是在透明载体上涂上不同的试剂层即多层膜干片技术；第二种是在透明层上，依次放置以纤维制品为载体制作的反应层；第三种也是以纤维制品为载体，待测物经纤维横向过滤后与试剂反应。

多层膜干片技术为目前检测准确度最高的干化学技术，其技术的关键点在不同试剂层的配方和均匀试剂层的制备，而试剂层的配方在满足检测需求的同时也要和生产工艺相配合以生产出更加均匀的产品，达到检验结果一致性的要求。强生公司是世界上干化学试剂片的主要生产商，他们将感光胶片的生产工艺应用于干化学试剂片的生产，其生产的干化学试剂片性能稳定，结果重现性高，广泛应用于快速检测领域。但感光胶片的生产工艺复杂，且为强生公司的专利技术，其使用的涂布工艺需严格控制涂料挤出速度和待涂物运行速度，并需连续作业，设备要求和技术要求门槛高，制约着多层膜干化学技术在我国的普及。除此之外还有流平、挂流、滚粘等多层膜制备工艺，但加工精度均不及感光胶片生产工艺，且市场占比远低于强生干化学试剂片。

通过对干化学试剂制备工艺的长期探索我们发现一种喷涂工艺，超声波雾化喷涂技术，经过一定的工艺改进和配套设备研发，可创新应用于干化学试剂片的制备。超声波雾化喷涂技术，是一种利用超声波雾化技术进行的喷涂工艺，超声波雾化变幅杆为中空结构，中间通路走涂料或塑形气体，待喷涂的涂料在变幅杆的顶端受高频振动作用产生空化效应或毛细波效应最终被雾化为微米级液滴，液滴在一定量的塑形气体带动下均匀涂覆在基材表面，干燥后形成纳米级涂层或薄膜。超声波雾化喷涂工艺被广泛应用于薄膜太阳能电池、燃料电池、太阳能电池板、超级电容、心脏支架药物涂层、纳米薄膜涂层等的制备领域。

超声波雾化喷涂微粒小至几微米，喷涂精度高，可精确控制喷涂厚度，涂层均匀度和原料利用率高。

虽然超声波喷涂设备简单，操作简便，喷涂精度高，但超声波雾化喷涂过程中压电换能器和变幅杆由于高频振动会产生大量的热，而干化学试剂中使用的酶和抗原抗体等均不耐高温，因此需要严格控制待喷涂液体受热，以免原料失活。普通变幅杆是通过流动于变幅杆中部的液体或气体降温，换热面积小，降温效果差。目前市场上的低受热超声波喷头，主要是用于心脏支架药物涂层喷涂的喷头，通过独立供液系统将待喷涂液体输送至喷头顶端，避免液体受热。这样虽然解决了涂料受热问题，但最大喷幅仅为5mm。这是由于变幅杆为中空结构，是塑形气体通道，而变幅杆末端还需用于雾化待喷涂液体，增加变幅杆直径会影响喷涂均匀性，因此不可随意更改变幅杆直径和中空通道的尺寸。这种低受热喷头喷幅太小，喷涂效率太低，不适于干化学试剂片的大规模工业化生产，这极大限制了这种低受热喷头在干化学试剂片生产中的应用。还有一种独立供气喷头，通过独立的供气系统将塑形气体送至喷头上方，气体通过特殊形状组件的引导，汇聚于变幅杆尖端，之后分散，呈扇形。这种独立供气喷头实现了扩大喷幅的目的，生产效率大大提高，但由于液体流经变幅杆中空的通路，因此无法避免液体受热。

技术实现要素：

基于以上原因，我们发明了一种全自动超声波干化学多层膜制备设备，实现了用超声波喷涂干化学多层膜试剂片，并且达到了防止待喷涂溶液受热变性，扩大喷幅，提高生产效率的目的。plc控制系统的应用，提高了设备智能化水平，实现了自动化喷涂干化学多层膜。为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种全自动超声波干化学多层膜制备设备，包括供气系统、供液系统、超声波雾化系统、plc控制系统、模组运动系统、温度监测控制系统。供气系统包括气泵/气瓶、空气制冷设备、输气管道和气室；供液系统包括液体泵和输液管道；超声波雾化系统包括超声波发生器、超声波电源信号线、超声波喷头，其中超声波喷头包括压电换能器和变幅杆；温度监测控制系统包括清洗装置温度检测和控制系统以及喷头温度监测系统。其特点是供气系统气室为倒“l”型，包括进气口、冷却室和出气口，冷却室内部中间具有导流挡板，压电换能器和部分变幅杆穿过冷却室下部与冷却室壁紧密密封相连，呈水平或向下倾斜一定角度，气室出气口垂直于水平面，为气体塑形，所供气体流经变幅杆顶端。

所述压电换能器和部分变幅杆，与水平面呈0-35°夹角。

所述所供气体为低温气体。

所述超声波喷头换能器可具有多孔外罩或无外罩。

所述变幅杆可为实心杆也可为空心杆，优选实心杆。

气体通过进气口进入冷却室，由导流挡板一侧向下流动，经过压电换能器和部分变幅杆，至冷却室底部后，向上再次流经压电换能器和部分变幅杆，从导流挡板另一侧流至出气口，经塑形后喷出。塑形气体流经变幅杆顶端，为喷头二次降温，同时带动雾化后的液滴运动并为雾化后液滴塑形，之后一同喷至待喷涂物表面。此结构同时实现了压电换能器和变幅杆冷却并为雾化液滴塑形。气室环绕流动冷却最大限度的提高了换能器和变幅杆的冷却效率，喷出的塑形气体又为喷头二次降温，实现了超声波喷头不间断长时间工作。

所供气体为低温气体，能增加换热效率，防止超声波喷头温度过高。

超声波喷头的压电换能器和变幅杆部分，可使用多孔外罩，这样低温气体就能自由流入压电换能器和部分变幅杆的表面以实现降温作用，此时压电换能器和变幅杆通过多孔外罩与冷却室壁密封固定；当压电换能器和变幅杆不使用外罩时，冷却室即相当于它们的外罩，低温气体流动在压电换能器和部分变幅杆表面为其降温。

传统变幅杆为空心杆，内部可通塑形气体或待喷涂液体。塑形气体和待喷涂液体也负责为变幅杆和压电换能器降温。但由于内部管道狭窄，换热面积小，随着工作时间的延长，变幅杆和压电换能器温度也会逐渐升高，因此不适宜长时间工作。通过将压电换能器和变幅杆固定于冷却室内部可实现对其外部冷却，增加了换热面积，冷却气体的使用也增加了换热效率，即使变幅杆中空通路内部走待喷涂液体也不会导致液体因温度过高而变性。因此变幅杆既可为空心杆，也可为实心杆。当变幅杆为实心杆时还需增加一个独立的外接待喷涂液体输送管道，将待喷涂液体供至变幅杆的顶端进行雾化。与空心杆相比实心杆加工程度低，使用寿命更长；雾化面积更大，雾化效率更高。

待喷涂液通过独立的外接待喷涂液体输送管道或变幅杆中空通路，送至变幅杆顶端，在此受超声波作用产生空化效应或毛细波效应，最终雾化为直径＜20微米的液滴，在塑形气体的带动下均匀喷涂于待喷涂物表面。待喷涂液最高受热温度＜30℃。

通过以上发明，压电换能器的多孔外罩或无外罩结构增加了换热面积，提高了换热效率；低温塑形气体为压电换能器和变幅杆降温，减少了待喷涂液体受热；由plc系统控制，提高了自动化水平；低温气体的应用为压电换能器和变幅杆连续流动降温，喷出的塑形气体又为喷头二次降温，增加了喷头连续工作的时长。通过这些发明的组合最终实现了超声波连续自动喷涂多层膜干化学试剂片，产品的均匀性、稳定性和反应速度均到达甚至超过了强生干化学试剂片的水平。

附图说明

图1为全自动超声波干化学多层膜制备设备

图2为无外罩压电换能器气室的剖面图及其侧视图

图3为具有多孔外罩压电换能器气室的剖面图及其侧视图

图4为导流挡板平面图

注：1、plc系统；2、模组运动系统；3、红外线喷头温度测定设备；4、气泵；5、空气制冷设备；6、电磁阀；7、多通道注射泵；8、超声波发生器；9、超声波喷头；10、进气口；11、冷却室；12、出气口；13、导流挡板；14、无外罩压电换能器；15、空心变幅杆；16、具多孔外罩压电换能器；17、实心变幅杆；18、外接待喷涂液体输送管。

图2、图3中的虚线箭头表示冷却气体流动方向。

具体实施方式

为了使本领域人员更好地理解本发明，下面结合本发明中的附图，对本发明进行清楚、完整的描述。所述实施例仅为本发明的一部分，本发明包括但不限于以下实施例。

实施例一

一种全自动超声波干化学多层膜制备设备，包括气泵4、空气制冷设备5、电磁阀6、供气管路、气室、多通道注射泵7、输液管路、超声波发生器8、超声波电源信号线、无外罩压电换能器14、空心变幅杆15、plc控制系统1、模组运动系统2、清洗装置温度检测和控制系统和红外线喷头温度测定设备3。

喷涂工作开始，工作人员将待喷涂透明载体置于工作台，通过plc1分别设定不同喷涂层的喷涂面积、喷涂轨迹、喷涂速度、喷涂厚度，并设定每个涂层喷涂结束后的清洗程序，干燥条件，干燥时间。点击开始按钮，设备同时打开供气系统电磁阀6和多通道注射泵7。空气经制冷设备5冷却后从气室的进气口10进入冷却室11，由导流挡板13左侧向下流动，穿过无外罩压电换能器14和部分变幅杆15，至冷却室11底部后，向上再次流经无外罩压电换能器14和部分变幅杆15，从导流挡板13右侧流至出气口12，经可调空气雾化喷嘴塑形后喷出。待喷涂液体在注射泵7作用下通过变幅杆15中心管路到达变幅杆15顶端，此时系统自动打开超声波发生器8，红外线喷头温度测定设备3开始工作，变幅杆15开始震动，液体在高频震动作用下发生空化效应或毛细波效应，雾化为微米级液滴。模组运动系统2按照设定好的运动条件带动超声波喷头9进行喷涂作业。

喷涂工作结束，设备自动清洗。在设定好的干燥条件和干燥时间下干燥后再进行下一涂层的喷涂工作。如此循环直至完成所有设定好的喷涂工作。

实施例二

一种全自动超声波干化学多层膜制备设备，包括液氮瓶、电磁阀6、供气管路、气室、多通道注射泵7、输液管路、外接待喷涂液体输送管18、超声波发生器8、超声波电源信号线、具多孔外罩压电换能器16、实心变幅杆17、plc控制系统1、模组运动系统2、清洗装置温度检测和控制系统和红外线喷头温度测定设备3。

喷涂工作开始，工作人员将待喷涂透明载体置于工作台，通过plc1分别设定不同喷涂层的喷涂面积、喷涂轨迹、喷涂速度、喷涂厚度，并设定每个涂层喷涂结束后的清洗程序，干燥条件，干燥时间。点击开始按钮，设备同时打开供气系统电磁阀6和多通道注射泵7。低温氮气通过气室的进气口10进入冷却室11，由导流挡板13一侧向下流动，穿过具有多孔外罩的压电换能器16和部分实心变幅杆17，至冷却室11底部后，向上再次流经压电换能器16和变幅杆17，从导流挡板13另一侧流至出气口12，经可调空气雾化喷嘴塑形后喷出。当待喷涂液体到达外接待喷涂液体输送管18的管口，系统自动打开超声波发生器8，红外线喷头温度测定设备3开始工作，此时变幅杆17开始震动，外接待喷涂液体输送管18内待喷涂液体到达变幅杆17顶端，在高频震动作用下发生空化效应或毛细波效应，雾化为微米级液滴。模组运动系统2按照设定好的运动条件带动超声波喷头9进行喷涂作业。

喷涂工作结束，设备自动清洗。在设定好的干燥条件和干燥时间下干燥后再进行下一涂层的喷涂工作。如此循环直至完成所有设定好的喷涂工作。