用于释放流体组合物的微流体递送体系

申请号 CN201580033315.9 申请日 2015-06-19 公开(公告)号 CN106457292A 公开(公告)日 2017-02-22
申请人 宝洁公司; 发明人 D·P·格伦伯洽; D·亨特; J·谢弗林; T·J·霍克斯特拉; S·多德; R·布廖斯基;
摘要 本 发明 公开了微 流体 流体递送装置和方法。所述装置包括贮存器和输送构件。所述装置包括微流体递送构件,所述微流体递送构件包括被构造成从装置释放流体组合物的微流体管芯。所述微流体递送构件包括接头,所述接头被构造成接收所述输送构件的末端部分,其中在所述接头和所述输送构件之间形成毛细管通道。所述毛细管通道具有最大有效孔尺寸,所述最大有效孔尺寸小于所述输送构件的平均有效孔尺寸。
权利要求

1.一种微流体递送装置,所述微流体递送装置包括:
贮存器,所述贮存器形成具有开口的中空主体,所述贮存器具有贮存器体积;
输送构件,所述输送构件具有第一末端部分和第二末端部分,其中所述输送构件的所述第一末端部分的至少一部分与所述贮存器保持流体连通,并且其中所述输送构件具有输送构件体积;
包封件,所述包封件至少部分地闭合所述贮存器的所述开口;以及
微流体递送构件,所述微流体递送构件包括微流体管芯,所述微流体管芯具有流体室,所述流体室在所述流体室的入口处与所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分保持流体连通,所述微流体管芯还包括在所述流体室的出口处的喷嘴
其中所述输送构件体积小于所述贮存器体积的60%,优选地小于所述贮存器体积的
40%,优选地小于所述贮存器体积的20%。
2.根据权利要求1所述的微流体递送装置,其中所述输送构件具有孔内容积分布,其中总体积的至少约80%的回流孔内容积在具有小于150um,优选地小于100um的半径的孔中。
3.根据权利要求1所述的微流体递送装置,所述微流体递送装置还包括邻近所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分设置的接头,所述接头具有形成用于接收所述输送构件的所述第二末端部分的腔体的壁,其中毛细管通道在所述接头的所述壁和所述输送构件的所述第二末端部分之间的界面处形成,其中所述毛细管通道具有最大有效孔尺寸并且其中所述输送构件具有平均有效孔尺寸,并且其中所述毛细管通道的最大有效孔尺寸小于所述输送构件的平均有效孔尺寸。
4.一种微流体递送装置,所述微流体递送装置包括:
贮存器,所述贮存器形成具有开口的中空主体;
输送构件,所述输送构件具有第一末端部分和第二末端,其中所述输送构件的所述第一末端部分的至少一部分与所述贮存器保持流体连通并且具有平均有效孔尺寸;
包封件,所述包封件至少部分地闭合所述贮存器的所述开口,
微流体递送构件,所述微流体递送构件包括管芯,所述管芯具有流体室,所述流体室在所述流体室的入口处与所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分保持流体连通,所述微流体递送构件还包括在所述流体室的出口处的喷嘴;以及
接头,所述接头邻近所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分设置,所述接头具有形成用于接收所述输送构件的所述第二末端部分的腔体的壁,其中毛细管通道在所述接头的所述壁和所述输送构件的所述第二末端部分之间的界面处形成,其中所述毛细管通道具有最大有效孔尺寸,并且其中所述毛细管通道的最大有效孔尺寸小于所述输送构件的平均有效孔尺寸。
5.根据权利要求4所述的装置,其中所述接头具有腔体宽度,并且所述输送构件具有输送构件宽度,其中所述接头的腔体宽度小于所述输送构件宽度,使得在所述输送构件设置在所述腔体内时,在所述第二末端部分处压缩所述输送构件。
6.根据权利要求4所述的装置,其中所述贮存器包括流体组合物,优选地具有挥发性组分的流体组合物,优选地香料组合物。
7.根据权利要求6所述的装置,其中在使用时,所述流体组合物在与重相反的方向上行进通过所述输送构件。
8.根据权利要求4所述的装置,其中所述微流体递送构件包括加热器、压电致动器或超声致动器。
9.一种空气清新器,所述空气清新器包括根据权利要求4所述的装置。
10.根据权利要求9所述的空气清新器,其中所述微流体递送装置为一次性的、可再填充的和/或可再充电的。
11.根据权利要求9所述的空气清新器,所述空气清新器具有输出,其中所述微流体递送装置具有输出并且所述输出能够由使用者调节,优选地所述输出能够通过对具体房间尺寸选择预定递送速率来调节。
12.一种微流体递送装置,所述微流体递送装置包括:
贮存器,所述贮存器形成具有开口的中空主体;
输送构件,所述输送构件具有第一末端部分和第二末端部分,其中所述输送构件的所述第一末端部分的至少一部分与所述贮存器保持流体连通,并且其中所述输送构件的所述第一末端部分具有第一平均有效孔尺寸;
包封件,所述包封件至少部分地闭合所述贮存器的所述开口,
微流体递送构件,所述微流体递送构件包括管芯,所述管芯具有流体室,所述流体室在所述流体室的入口处与所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分保持流体连通,所述微流体递送构件还包括在所述流体室的出口处的喷嘴;以及
接头,所述接头邻近所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分设置,所述接头具有形成用于接收所述输送构件的所述第二末端部分的腔体的壁,其中所述接头压缩所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分使得所述输送构件的所述第二末端部分具有小于所述第一平均有效孔尺寸的第二平均有效孔尺寸。
13.根据权利要求12所述的装置,其中所述贮存器包括具有挥发性组分的流体香料组合物。
14.根据权利要求13所述的装置,其中在使用时,所述流体组合物在与重力相反的方向上行进通过所述输送构件。
15.根据权利要求12所述的装置,其中所述微流体递送构件包括加热器、压电致动器或超声致动器。
16.根据权利要求12所述的装置,其中所述贮存器具有贮存器体积,其中所述输送构件具有输送构件体积,并且其中所述输送构件体积小于所述贮存器体积的60%。
17.根据权利要求12所述的微流体递送装置,其中所述输送构件具有孔内容积分布,其中总体积的至少约80%的回流孔内容积在具有小于约200um的半径的孔中。
18.根据权利要求12所述的微流体递送装置,其中所述毛细管通道具有最大有效孔尺寸,并且其中所述输送构件具有平均有效孔尺寸,并且其中所述毛细管通道的最大有效孔尺寸小于所述输送构件的平均有效孔尺寸。
19.一种微流体递送装置,所述微流体递送装置包括:
贮存器,所述贮存器形成具有开口的中空主体,所述贮存器的中空主体限定总体积;
输送构件,所述输送构件具有第一末端部分和第二末端部分,其中所述输送构件的所述第一末端部分的至少一部分与所述贮存器和输送构件体积保持流体连通;
包封件,所述包封件至少部分地闭合所述贮存器的所述开口从而形成开孔,微流体递送构件,所述微流体递送构件邻近所述开孔设置并且包括管芯,所述管芯具有流体室,所述流体室在所述流体室的入口处与所述输送构件的所述第二末端部分的至少一部分保持流体连通,所述微流体递送构件还包括在所述流体室的出口处的喷嘴;
过滤器,所述过滤器设置在所述输送构件的第二末端和所述微流体递送构件之间;以及
所述过滤器和所述微流体递送构件之间的间隔件,其中所述间隔件提供所述微流体递送构件和所述过滤器之间的间隙。
20.一种空气清新器,所述空气清新器包括根据权利要求19所述的装置。
21.根据权利要求20所述的空气清新器,其中所述微流体递送装置为一次性的、可再填充的和/或可再充电的。
22.根据权利要求20所述的空气清新器,所述空气清新器具有输出,其中所述微流体递送装置具有输出并且所述输出能够由使用者调节,优选地所述输出能够通过对具体房间尺寸选择预定递送速率来调节。

说明书全文

用于释放流体组合物的微流体递送体系

技术领域

[0001] 本发明一般涉及用于将组合物递送到空气中或表面上的体系。更具体地讲,本发明涉及使用至少一个微流体管芯的微流体递送体系、装置和方法,包括递送流体组合物诸如香料。

背景技术

[0002] 存在各种系统以通过通电(即电/电池供电)的雾化将挥发性组合物,诸如香料组合物递送到空气中。此外,还已经使用微流体递送技术,尤其是热喷墨技术进行最新尝试来递送香味。然而,这些尝试一般涉及使用类似于使用热喷墨料筒将墨印刷到基底上所用的那些的递送体系和方法将基于墨的发香流体印刷到基底或表面介质上。
[0003] 热喷墨技术一般利用可替换料筒,所述可替换料筒包括流体墨和控制墨从所述料筒释放的微机电(“MEMS”)型打印头。一般来讲,打印头包括具有多个流体室的管芯、用于加热墨的加热器和通过其将墨释放到基底上的喷嘴。热喷墨料筒常常被设计成使得设置于其中的墨借助于在重力方向上输送墨的毛细管力递送至管芯。
[0004] 然而,当从料筒释放的流体待在至少部分地反重力的方向上递送时和/或当流体设置在一个或多个喷嘴下方的料筒中时,已知的芯吸和/或重力进料构造可能是不适合的。例如,如果流体待向上分配时,使用重力进料或典型的芯吸体系可能是不可取的,因为气泡可在孔口中形成并堵塞孔口,从而防止流体组合物通过喷嘴适当地释放。另外,取决于装置的具体构造,使用重力对管芯进料可能是不可能或不期望的,诸如例如当流体设置于喷嘴下方的装置中时。
[0005] 另外,典型的喷墨料筒一般是不透明的并且不允许使用者看到留在料筒中的流体的量。这可导致关于需要更换和/或购买再填充物的时间的不确定性。另外,许多喷墨料筒在料筒内具有非常少的流体,这是因为流体贮存器内的内部结构如海绵。这些内部结构还可导致储存器内的体积浪费和成本增加。
[0006] 诸如,可能有益的是提供微流体递送装置,所述微流体递送装置被构造成减少气泡将阻塞喷嘴的可能性。另外,可能有益的是提供微流体递送装置,所述微流体递送装置被构造成即使设备被构造成或取向成使得喷嘴高于待释放的流体,也确保流体可适用于释放。还期望提供具有流体输送构件的微流体递送装置,所述流体输送构件被构造成减少气泡进入一个或多个喷嘴之前的流体路径的可能性。还期望具有贮存器,所述贮存器使使用者能够看到留在贮存器中的流体含量。另外,期望减少流体贮存器中的不可用体积的量。

发明内容

[0007] 为了提供本文所述的有益效果中的一种或多种,本发明可包括微流体递送装置,所述微流体递送装置包括贮存器,所述贮存器形成具有开口的中空主体。所述装置还包括输送构件,其具有第一末端部分和第二末端部分,其中所述输送构件的第一末端部分的至少一部分与所述贮存器保持流体连通。所述输送构件的第一末端部分具有多孔端部和/或侧面以使得更多流体能够通过输送构件从贮存器到微流体递送装置。所述装置包括与贮存器保持流体接触的开口。可提供用于接收输送构件的第二末端部分的接头。在介于接头的壁和输送构件的第二末端部分之间的界面处形成毛细管通道。毛细管通道的最大有效孔尺寸优选小于输送构件的第一末端部分的平均有效孔尺寸。所述装置还可包括微流体递送构件,所述微流体递送构件包括管芯,其中所述管芯具有在所述流体室的入口处与所述输送构件的第二末端部分的至少一部分保持流体连通,并且在所述流体室的出口处与喷嘴保持流体连通的流体室。
[0008] 本发明还可包括微流体递送装置,所述微流体递送装置包括形成具有开口的中空主体的贮存器。所述装置可包括输送构件,所述输送构件具有第一末端部分和第二末端部分。所述输送构件的第一末端部分的至少一部分与贮存器保持流体连通并且具有第一平均有效孔尺寸。所述装置还可包括贮存器的开口和形成用于接收输送构件的第二末端部分的腔体的接头。所述接头的壁压缩输送构件的第二末端部分使得所述输送构件的第二末端部分具有小于第一平均有效孔尺寸的第二平均有效孔尺寸。所述装置还优选包括微流体递送构件,所述微流体递送构件包括管芯,所述管芯具有在所述流体室的入口处与所述输送构件的第二末端部分的至少一部分保持流体连通,并且在所述流体室的出口处与喷嘴保持流体连通的流体室。
[0009] 本发明还可包括微流体递送装置,所述微流体递送装置包括形成具有开口的中空主体的贮存器,所述贮存器的中空主体限定总体积。所述装置还可包括输送构件,其具有第一末端部分和第二末端部分,其中所述输送构件的第一末端部分的至少一部分与所述贮存器和输送构件体积保持流体连通。包封件至少部分地闭合贮存器的开口从而形成开孔并且微流体递送构件邻近开孔设置并且包括管芯。所述管芯具有在流体室的入口处与输送构件的第二末端部分的至少一部分保持流体连通的流体室。微流体递送构件还包括在流体室的出口处的喷嘴,设置在输送构件的第二端部和微流体递送构件之间的过滤器,以及介于过滤器和微流体递送构件之间的间隔件,其中所述间隔件提供微流体递送构件和过滤器之间的间隙。
[0010] 本发明还可包括微流体递送装置,所述微流体递送装置包括形成具有开口的中空主体的贮存器,其中所述贮存器具有贮存器体积。具有输送构件体积、第一末端部分和第二末端部分的输送构件以与贮存器保持流体连通的形式提供。包封件可至少部分地闭合所述贮存器的开口。所述装置还可包括微流体递送构件,所述微流体递送构件包括微流体管芯。所述微流体管芯可具有在流体室的入口处与输送构件的第二末端部分的至少一部分保持流体连通的流体室。微流体管芯优选还包括在流体室的出口处的喷嘴。输送构件体积优选地小于贮存器体积的60%。
附图说明
[0011] 图1为微流体递送体系的示意性透视图。
[0012] 图2为微流体递送体系的保持器构件和料筒的透视图,其中所述料筒在保持器构件上。
[0013] 图3为微流体递送体系的保持器构件和料筒的透视图,其中所述料筒在保持器构件外示出。
[0014] 图4为沿线4-4截取的图3的料筒的剖面图。
[0015] 图5为沿线5-5截取的图2的料筒的剖面图。
[0016] 图6为微流体递送构件的透视图。
[0017] 图7为圆柱形贮存器的透视图。
[0018] 图8为立方形贮存器的透视图。
[0019] 图9为输送构件的透视图。
[0020] 图10为本发明的装置的一部分的透视图。
[0021] 图11为微流体递送构件的管芯的示意性顶部平面图。
[0022] 图12为沿线12-12截取的图11的管芯的剖面图。
[0023] 图12A为图12的部分12A的详细视图。
[0024] 图13为沿线13-13截取的图6的微流体递送构件的剖面图。
[0025] 图14为印刷电路板的透视图,其部分被移除以示出电连接的细节。
[0026] 图15为装置的透视图,所述装置具有与装置的盖集成的微流体递送构件。
[0027] 图16为管芯的透视图。
[0028] 图17为图16的管芯的部分17的详细视图。
[0029] 图18为图17的管芯的部分18的详细视图。

具体实施方式

[0030] 现在将描述本发明的各种非限制性构造以在总体上理解本发明的结构原理、功能、制造和用途。这些非限制性构造中的一个或多个示例示出于附图中。本领域的普通技术人员将会理解,本文所述的以及附图所示出的微流体递送体系和方法均是非限制性示例,并且本发明的范围仅仅由权利要求书限定。与所述构造中的任一种相关联示出或描述的特征结构可与任何其它构造的特征结构组合并且此类修改和变型旨在包括在本公开的范围内。
[0031] 本发明包括用于将组合物递送到例如空气中、表面上、片材上或其它预成型材料上、皮肤上、接收器中、或到任何制品、材料或物品中的微流体递送体系。需要的话,微流体递送体系可用于将流体组合物诸如例如香料组合物递送到空气中。另选地或除此之外,微流体递送体系可递送其它材料诸如酶、化妆品组合物、乳液组合物、清洁组合物、颜料、墨、光活化化学品、清洁组合物、织物或表面处理材料、静电消除剂、过敏原消除剂、香料、抗菌剂、抗病毒剂、和/或其它期望的材料或材料的组合。待通过体系递送的材料可呈流体、流体、颗粒或其它固体、气体、等离子的形式、或者一种或多种材料的任何其它适用或期望的形式。
[0032] 微流体递送体系可包括限定内部和外部的外壳。微流体递送体系可集成在一个装置内或可以是单独的组件,其被永久性或暂时地构造成提供期望的最终产品。例如,所述装置可包括装饰性外壳和设置于其中的可替换料筒,其包括装置的一些或全部功能元件。微流体递送体系还可包括电源或能够连接至电源。
[0033] 所述体系可包括形成具有开口的中空主体的贮存器和设置在贮存器中的输送构件。所述输送构件旨在使设置在贮存器中的流体移动至装置的喷嘴。输送构件优选具有由中心部分隔开的第一末端部分和第二末端部分。输送构件的第一末端部分与贮存器保持流体连通,并且输送构件的第一末端部分由平均有效孔尺寸限定。所述装置还可包括接头,所述接头具有形成用于接收输送构件的第二末端部分的腔体的壁。在接头的壁和输送构件的第二末端部分的界面处,形成毛细管通道。可能期望毛细管通道的尺寸小于输送构件的第一末端部分的平均有效孔尺寸以便有助于减少气泡将进入流体路径到达一个或多个喷嘴的可能性。接头可成形为匹配输送构件的形状。例如,输送构件和接头可以为圆柱形形状。
[0034] 所述装置优选包括用于将流体递送到装置外的一个或多个微流体递送构件。例如,微流体递送构件可包括微流体管芯。如本文所用,术语“微流体管芯”是指管芯,所述管芯包括使用半导体微加工方法(诸如薄膜沉积、钝化、蚀刻、纺丝、溅射、掩蔽、外延生长、晶圆/晶圆结合、小型薄膜层压固化、切割等)制成的流体注射体系。这些方法是本领域已知用于制备MEMs装置的。微流体管芯可由、玻璃或它们的混合物制成。所述微流体管芯包括多个微流体室,其各自包括对应的致动元件:加热元件或机电致动器。以这种方式,微流体管芯的流体注射体系可以为低温成核(例如,经由加热元件)或微型机械致动(例如,经由薄膜压电或超声)。适用于本发明的微流体递送体系的一种类型的微流体管芯是如转让给STMicroelectronics S.R.I.(Geneva,Switzerland)的US 2010/0154790中描述的通过MEMs技术得到的一体化喷嘴膜。在薄膜压电的情况下,压电材料通常经由纺丝和/或溅射工艺施加。半导体微加工方法允许在一次批量方法中同时制备一个至数千个MEMS装置(一次批量方法包括多个掩膜层)。
[0035] 输送构件可由输送构件宽度限定并且接头的腔体可由接头宽度限定。接头宽度可小于输送构件宽度(在不被压缩时)使得当设置在接头中时,输送构件在第二末端部分处被压缩。因此,一旦输送构件被润湿,则可存在于贮存器中的空气将不能经由在接头的壁和输送构件的第二末端部分之间形成的毛细管通道进入输送构件或管芯的流体室。另外,由于压缩输送构件的第二末端部分,输送构件可具有在第一末端部分处的第一平均有效孔尺寸和在第二末端部分处的第二平均有效孔尺寸。可能期望第二平均有效孔尺寸小于第一平均有效孔尺寸。
[0036] 输送构件可被设计成向管芯提供足够的流体组合物。例如,输送构件可表现出约10微米至约500微米,约20微米至约200微米,或约25微米至约150微米的平均有效孔尺寸。
[0037] 输送构件还可提供颗粒的一些过滤使得它们可帮助减少喷嘴被颗粒堵塞的机会。因此,优选输送构件不使大于大约一半的任何相关喷嘴的直径的颗粒或其它碎屑释放或通过。就这点而言,输送构件诸如纤维吸芯可比例如烧结的吸芯优选以确保颗粒或碎屑不穿过吸芯。
[0038] 贮存器可限定贮存器体积。输送构件,不包括容纳于其中的孔,可由输送构件体积限定。输送构件体积优选小于贮存器体积以降低输送构件的成本,但还更有效地分配更高百分比的贮存器中的流体,因为一般在输送构件中留有一些流体。可能期望所述输送构件体积小于贮存器体积的约60%,小于贮存器体积的约40%,小于贮存器体积的20%,或小于贮存器体积的10%。因此,输送构件的尺寸可被设定成足以向管芯供应流体组合物,同时还允许贮存器的体积足以适用于流体组合物。控制与贮存器体积相关的输送构件体积允许控制可容纳在贮存器内的流体组合物的量。此外,可能期望使贮存器的至少一部分澄清、透明或半透明以使得使用者看到留在贮存器中的流体量。另外,具有比存在于喷墨料筒中的典型海绵占用更少体积的输送构件还可有助于使得流体含量对使用者更易看见。
[0039] 简单来说,在使用期间,流体组合物从贮存器行进通过输送构件,并进入管芯中。在管芯中,流体组合物行进入流体室中并且到达喷嘴,其中所述流体组合物通过孔口排入空气中或期望的表面上等。在使用热使流体组合物的一部分挥发的情况下,管芯中的流体被加热,从而产生气泡,所述气泡使得流体组合物的液滴通过喷嘴中的孔口释放。
[0040] 图1为本发明的微流体递送体系的示例。如图所示,微流体递送体系100包括限定内部104和外部106的外壳102。外壳102可包括设置在微流体递送体系100的内部104中的保持器构件110。外壳102可包括118或用于访问内部104的其它结构。微流体递送体系还可包括与外壳集成或从外壳延伸的电源120。微流体递送体系100可由交流电插座供电,或可由一个或多个电池或其它电源系统供电。在电池供电系统中,电池可是以可再充电的、可再循环的或一次性的。
[0041] 如图1所示,微流体递送体系100可包括料筒108,其与任选的保持器构件110可释放地连接,并且因此与外壳102可释放地连接。如图所示,可通过将料筒108滑动到保持器构件110中将料筒108与外壳连接,使得料筒接触保持器构件110的底壁114、一个或多个侧壁116、和/或顶壁112。
[0042] 根据期望的体系用途,料筒108可以是可重复使用的、可再填充的和/或可更换的。料筒108还可包括体系的其它结构,诸如例如吸芯、管芯、电触点和/或喷嘴,其在本文中更详细地描述。外壳102还可包括一个或多个外壳开孔125以使流体组合物穿出料筒108到外壳的外部106。如果使用,则保持器构件110可包括可在使用期间与外壳开孔126对齐的保持器开孔126或其它开口。
[0043] 图2示出设置在保持器构件110中的料筒108。图3示出从保持器构件110移除的料筒108。料筒108可以任何合适的方式与保持器构件110可释放地连接。
[0044] 如图2-4所示,料筒108包括用于容纳流体组合物122的贮存器130,并且可包括与贮存器130保持流体连通的输送构件132。料筒108可包括包封贮存器130的任选的盖134。所述料筒108还可包括例如用于将容纳在贮存器130内的流体组合物122递送到空气中的微流体递送构件136。虽然如图3所示,微流体递送构件136设置在盖134的一部分上,但应当理解微流体递送构件136可设置在料筒108的其它部分、盖134、保持器构件110或外壳102上。例如,可能期望料筒108是不具有盖134的一体结构,并且料筒108本身的一部分包括微流体递送构件136。
[0045] 图3-6示出包括管芯140和电引线142的微流体递送构件136。电引线142提供从电源120到管芯140的电通信。电引线142与电触点144电连接。在所示的特定实施方案中,电触点144设置在距管芯140最远的电引线142的末端部分处,尽管该特定构型不是必需的。电触点144被构造成提供与保持器构件110的电连接部的电通信。
[0046] 参见图7和图8,贮存器130包括用于在其中容纳例如流体组合物的大致中空主体。贮存器130可包括一种或多个邻接的壁150,与所述壁150连接的基底152,以及与所述基底
152相对的开口154。贮存器130可被构造成任何期望的形状或尺寸。例如,贮存器130可具有约20mm至约60mm的高度HR,和约15mm至约40mm的宽度WR并且可具有圆柱形,如图7所示,或可具有立方体形状,如图8所示。贮存器130可由任何合适的材料制成,包括玻璃、金属或聚合物材料,诸如例如聚酯或聚丙烯。贮存器130可以例如为透明的、半透明的或不透明的。如果是透明或半透明的,则其可向使用者提供确定再填充物用完并需要更换或再填充的时间的方式。
[0047] 参见图4和图9,示出输送构件132可包括第一末端部分160、第二末端部分162、和中心部分164。为了简化并且如果本文没有另外示出,则可认为各部分中的每个占输送构件132的长度的约1/3,但可设想其它构型,其中输送构件132具有任何数目的具有不同特性的区域。例如,输送构件132可仅具有带不同特性的第一末端部分160和第二末端部分162或可包括任何数目的具有不同特性的不同部分。
[0048] 输送构件132的第一末端部分160优选被构造成使得其至少一部分在使用装置期间或之前的至少一段时间与流体组合物122保持流体连通。第二末端部分162优选地被构造成在使用期间的至少一段时间从流体组合物中至少部分地伸出并可从贮存器130伸出。第二末端部分162可邻近微流体递送构件136设置。第一末端部分160可以全部或部分延伸至贮存器130的基底152。在一些实施方案中,所述输送构件132可被贮存器130的壁150完全包围。取决于微流体递送体系100的构造,流体组合物122可在任一个方向上行进通过输送构件132。例如,流体组合物122可从第一末端部分160到第二末端部分164行进,或者在相反方向上行进。另外,流体组合物122可在重力方向上或与重力相反的方向上行进。这可通过毛细管作用、芯吸、扩散、抽吸、虹吸、真空送或任何其它适用于使流体移动通过输送构件132的方式来实现。输送构件132可被构造成具有任何期望的形状和长度。例如,输送构件
132可具有如图9所示的大致圆柱形。
[0049] 当存在时,盖134可与贮存器130连接,并且向贮存器130提供包封件。所述盖134可由各种材料制成,包括固体聚合物材料诸如聚酯或聚丙烯,并且根据需要,可以为刚性或柔性的。盖134可以任何合适的方式与贮存器130连接。例如,盖134可螺纹连接到贮存器130上或可使用一个或多个固件扣合接到贮存器130上。盖134和贮存器130可一体形成,或彼此可释放地连接、永久性连接或半永久性连接。优选的盖134的一个示例是具有能够实现表面上的良好密封的材料的盖。例如,盖134可包括可压缩的材料,其可以为泡沫或弹性材料,所述材料还可与贮存器130中的流体122在化学上相容。
[0050] 如图10所示,盖134可包括允许填充贮存器130的填充口138。因此,设想实施方案,其中当盖134与贮存器130连接或在从贮存器130移除盖134的情况下,填充料筒108。
[0051] 如图10所示,盖134、微流体递送构件136和/或贮存器130可包括排气口137,使得空气能够替换从料筒108释放的流体组合物122。排气口137可与盖134中的排气槽148保持流体连通,所述排气槽引导空气通过微流体递送构件136中的排气口137(如图3所示)进入贮存器130中。排气口可被构造成使得贮存器130中的流体122上方的气压在流体122从贮存器130排放时可保持在大气压下。这使得微流体递送构件136保持灌注和/或防止或至少减少流体路径中的背压。
[0052] 盖134或贮存器130可包括接头170(图4所示),所述接头将输送构件132与盖134连接。接头170可与盖134一体形成,如图3所示,或者接头可以为单独的组件,其与盖134的内表面139连接。接头170可由与盖134相同的材料制备,或者可由一种或多种不同的材料制备。
[0053] 接头170和输送构件132之间的界面为其中空气可进入和最终阻碍管芯140释放流体组合物122的区域。在接头170和输送构件132的第二末端部分162之间的界面处,可形成毛细管通道176。因此,为了防止空气沿毛细管通道176进入输送构件132,所述第一末端部分160和中心部分164中的输送构件132的平均有效孔尺寸应当大于任何毛细管通道176的平均有效孔尺寸,所述毛细管通道可在接头170和输送构件132的第二末端部分162之间的界面处形成。这可例如通过在接头170处压缩输送构件132的第二末端部分162来实现。此外或另选地,输送构件132可被设计成使得其在第二末端部分162处具有比第一末端部分160处小的平均有效孔尺寸,但具有大于毛细管通道176的最大有效孔尺寸的第一末端部分160和第二末端部分162两者的平均有效孔尺寸。
[0054] 接头170可包括一个或多个壁172,其形成用于接收输送构件132的腔体174(图4中所示)。接头170的壁172可被构造成压缩输送构件132的第二末端部分162的全部或一部分以形成过盈配合。接头170的壁172可完全围绕第二末端部分162的一部分或可仅部分地围绕第二末端部分162。接头170可以为任何期望的尺寸或形状。例如,接头170可形成具有匹配输送构件132的外部形状的形状的腔体174。此类构造可使得接头向输送构件132的第二末端部分162提供大体均匀的压缩力,这可有助于减少在接头170和输送构件132的界面处形成足够大以允许空气进入输入构件132的毛细管通道176的可能性。
[0055] 腔体174可限定宽度WC和长度LC,如图4所示。宽度WC可以为任何合适的尺寸,包括例如在约3mm至约10mm的范围内,并且长度LC可以为任何合适的尺寸,包括在约5mm至约25mm的范围内。所述接头170的腔体174可在单个方向上延伸或者可在其长度LC上改变方向。就锥形腔体而言,腔体宽度Wc在最窄腔体宽度处测量,当输送构件132插入接头170中用于操作微流体装置时输送构件132的第二末端部分162暴露于所述最窄腔体宽度。
[0056] 如图4和图5所示,料筒108可包括开孔149以在输送构件132和管芯140之间提供流体连通。所述料筒108还可包括过滤器158以防止颗粒或其它不希望的材料进入管芯140。过滤器158可被定位在输送构件132和管芯140之间。另外,过滤器158可附接到管芯140,其可有助于防止管芯140污染。
[0057] 过滤器158可以为任何合适的过滤器结构,其包括例如多孔结构,所述多孔结构具有使得流体组合物通过,但阻碍预定尺寸的材料(例如,颗粒、纤维等)进入管芯140的间隙空间。例如,过滤器158可阻碍颗粒,所述颗粒具有大于管芯140中最小流体通道的尺寸的约一半、或约三分之一的维度。示例性喷嘴和/或流体通道的直径可小至约13微米至约25微米。在此类情况下,过滤器158应当过滤大于约10微米,优选地大于约5微米,优选地大于约2微米的颗粒。
[0058] 过滤器158可设置在料筒108中,使得流体组合物122可通过过滤器158、通过开孔149,从输送构件132到达管芯140。过滤器158可以任何合适的方式,包括摩擦、粘合剂、机械紧固件等附接到料筒108或盖134。还设想输送构件132或其任何部分本身可充当过滤器
158,或可提供除此之外的任何单独的过滤器158。过滤器材料的示例性实施方案包括织造或非织造网材料(例如,不锈、硅、或聚合物网)、纤维结构、泡沫和颗粒。
[0059] 过滤器158可通过机械间隔件159与微流体递送构件136分离。第一机械间隔件159可在微流体递送构件136的下表面135和过滤器158之间形成间隙161。就该点而言,过滤器158的出口面积可大于开孔149的面积。该设计可有助于减小过滤器的流量在其被碎屑堵塞时将减小至低于期望含量的可能性。优选地,机械间隔件159的厚度介于约100微米和约700微米之间。
[0060] 机械间隔件159可以为独立的刚性支撑体,在微流体递送构件136的下表面135上形成的突起,诸如阻焊层或粘合剂材料,其适形于在过滤器158和微流体递送构件136的下表面161之间提供足够距离的形状。
[0061] 如图5所示,开孔149可包括覆盖印刷电路板210的暴露侧壁194的衬件192。衬件192可避免颗粒从印刷电路板210进入流体路径中并阻碍喷嘴188。例如,开孔149的侧壁194可衬有比印刷电路板210的材料更不易对贮存器中的流体反应的材料,诸如金或任何其它合适的材料。
[0062] 如上所述,料筒108可包括微流体递送构件136。微流体递送构件136的示例示于图6和图13中。所示的微流体递送构件136包括管芯140和与管芯140连接的电引线142。如图
12、图12A、图16和图17所示,管芯140包括与一个或多个流体室180保持流体连通的一个或多个流体槽156。每个流体室180具有一个或多个邻接壁182、入口184、和出口186。每个流体室180的入口184与管芯140的流体槽156中的一个保持流体连通,并且每个流体室180的出口186与喷嘴188的孔口190保持流体连通。流体室180可被构造成具有任何期望的形状或尺寸。
[0063] 如图11、图12和图12A所示,管芯140还包括具有一个或多个孔口190的喷嘴板189。在所示实施方案中,每个孔口190与单个流体室180的出口186保持流体连通,使得流体组合物从流体室180行进通过与流体室180保持流体连通的喷嘴188的孔口190,并进入空气中。
[0064] 喷嘴板189可以各种不同方式构造。例如,喷嘴板189可具有约10微米至约30微米,或约20微米至约30微米的厚度LN。喷嘴板189可由任何合适的材料构成。示例性材料包括干光致抗蚀材料,诸如购自Tokyo Ohka Kogyo Co,Ltd(Japan)的TMMF、TMMR、SU-8、和AZ4562。喷嘴板189可包括任何期望数目的喷嘴和孔口。例如,喷嘴板189可包括至少5个孔口、至少
10个孔口、至少20个孔口、或约5至约30个孔口。孔口190可被构造成具有任何期望的一种或多种形状。例如,孔口190中的任一个或多个可以为大致圆形、方形、三形、截锥形、或椭圆形。孔口190可被构造成具有任何期望的宽度WO。例如,宽度WO可以在约15微米至约30微米范围内。流体室180和喷嘴188的几何形状可被选择成限定从料筒108释放的流体组合物122的液滴的几何形状。
[0065] 如图12A和图18所示,管芯140可包括支撑基底200、导电层202、和限定流体室180的壁182的一个或多个聚合物层204。支撑基底200向导电层202和聚合物层204提供支撑结构,并且限定流体室180的入口184。支撑结构200可由任何合适的材料诸如例如硅或玻璃制成。导电层202可设置在支撑基底200上,从而形成具有相对高电导率的电迹线206和具有较低电导率的加热器208。可设置其它半导电的、导电的和绝缘材料以形成开关电路或以其它方式提供通过电迹线206控制电信号发送的方式。加热器208可与管芯140的一个或多个流体室180,或每个流体室180相关联。此外或另选地,机电元件(例如,压电元件)可与管芯140的每个流体室180中的一个或多个相关联。聚合物层204可设置在导电层202上并且限定流体室180的壁182和流体室180的出口186。管芯140的喷嘴板189在图12中示出被设置在聚合物层204上,但设想其它实施方案,其中喷嘴188设置在其它层或材料上或由聚合物层204、导电层202或上述两者形成。
[0066] 在一些示例性构造中,包括管芯140和电子部件的微流体递送构件136被构造为单独的组件,其连接至盖134、贮存器、料筒、保持构件110或外壳构件102。在一个示例性构造中,如图3所示,微流体递送构件136可采用印刷电路板210的形式。印刷电路板210可以为刚性或柔性结构。适用于本发明的微流体递送构件的非限制性示例更详细地描述于2014年6月20日提交的,名称为“MICROFLUIDIC DELIVERY SYSTEM”的美国专利申请代理人案卷号13414中。
[0067] 印刷电路板210可包括底部基板212,如图14所示。底部基板212可以为任何合适的材料,其包括但不限于,刚性材料诸如纤维玻璃-环树脂复合结构材料。印刷电路板210还可包括在印刷电路板210的顶表面和/或底表面上的导电层。导电层可包括电引线142和电触点144,并且可由金属材料诸如例如或金构成。
[0068] 如上所述,微流体递送构件,在这种情况下,印刷电路板210,可包括排气口137,所述排气口与贮存器130保持流体连通以使得贮存器130中的压力在流体122从所述贮存器中移除时均衡。即,在流体通过喷嘴188离开微流体递送构件136时,来自外部环境的空气填充由移除的流体形成的贮存器130中的空间。
[0069] 图14示出附接到印刷电路板210的管芯140。可使用粘合剂,诸如环氧树脂粘合剂,或通过任何合适的附接装置,将管芯140附接到任何下面的结构。另外,例如通过引线结合方法可建立从管芯140到印刷电路板210的电连接,其中小引线220可热附接到管芯140上的结合焊盘222和印刷电路板210上的对应结合焊盘224。小引线220可例如由金、或任何其它合适的材料构成。包封材料226,诸如环氧化物化合物可施用到引线220和结合焊盘222和224之间的结合区以防止弱连接机械损坏和其它环境影响。结合焊盘222和224,导电路径可由惰性金属涂层诸如金保护,但可使用其它材料,诸如例如、银、或其它低反应性高电导率金属。
[0070] 流体路径中的惰性金属涂层可有助于防止印刷电路板210损坏,所述损坏由流体组合物122造成。在一些情况下,如果不使用惰性金属涂层或其它合适的涂层,则流体组合物122可使得印刷电路板210中的材料降解。另外,因为底部基板212可易受流体组合物122的迁移影响,惰性金属或其它合适的涂层可用于帮助流体路径在其中容纳流体组合物122。
[0071] 如图14所示,印刷电路板210具有厚度TPCB。印刷电路板210可具有任何期望的厚度TPCB。例如,印刷电路板厚度TPCB可以为介于约0.5mm和约2mm之间的厚度,或介于约0.8mm和约1.6mm之间的厚度。印刷电路板210可具有在一个或两个侧面上的导电层,或者可构建任何期望层数的印刷电路板210。在印刷电路板210中,导电层之间的连通性一般通过已经通过电工艺包覆在金属中的孔穴或狭槽来实现。此类孔穴或狭槽常常称为贯穿孔。如上所述,印刷电路板210可包括位于管芯140下方的开孔149。
[0072] 如图15所示,微流体递送构件136可与盖134或料筒108的其它部分一体形成。诸如模塑互连装置(MID)或印刷导电墨的技术可用于形成微流体递送构件136。在此类构造中,管芯140、电引线142和电触点144可与料筒108的盖134或其它部分一体形成,而不是附接于其上的单独的组件。因此,料筒108的盖134或其它部分的材料可有助于为料筒108和保持器构件110之间的强电连接提供支撑。
[0073] 参见图4和图5,流体组合物122在流体路径中从贮存器130行进,通过输送构件132,通过过滤器158,通过盖134中的开孔149,进入管芯140中,并释放到空气中。料筒108通过平衡管芯140和输送构件132中的毛细管作用而起作用。一般来讲,优选管芯140被构造成使得最高毛细管压力在流体的预期路径内。一般还优选输送构件132被构造成具有比管芯
140低的毛细管压力,使得流体组合物122优选从输送构件132流入管芯140中。输送构件132可选择成具有相对小孔隙率和高毛细管压力以有助于灌注料筒108的过程,如将在下文更详细地所述的。然而,为了维持料筒108的灌注,应当理解考虑管芯140到流体组合物的自由表面的最高静柱压力,管芯140处和输送构件132处的流体组合物的表压(相对于周围)应当不小于能够在流体室180处持续的最大毛细管压力。
[0074] 输送构件132优选在管芯140处提供略低于大气压的流体压力。由流体组合物122的静水柱形成的低于环境压力的管芯140处的流体压力的减小从输送构件132和管芯140的界面到输送构件132浸入其中的流体组合物122的自由表面来测量。使管芯140内的流体组合物略低于环境压力有助于防止流体组合物122在静水压力或界面润湿的影响下流出孔口190。
[0075] 输送构件132的尺寸应当设定成使得其在瞬时条件下对管芯140提供足够的流体组合物。当微流体递送构件136使得流体组合物122的液滴从料筒108释放时,作用于管芯140处的流体组合物122的毛细管力使得流体组合物122重新填充管芯140的流体室180,从而导致最靠近管芯140的输送构件132的第二末端部分162处的强烈但极短的负压脉冲。将流体递送到管芯140的流体室180的输送构件132的充分性与输送构件132的流体容量和暴露于大气的输送构件132的表面积相关。如果输送构件132的流体容量太小,或如果暴露于大气的输送构件132的表面积太小,则输送构件132可摄取空气,并且空气可最终导致微流体递送构件180排墨。
[0076] 除了短期压力脉冲之外,输送构件132可被构造成在与使用者选定流量相关的较长时间尺度内,例如,当连续操作管芯140时,向管芯140供应流体组合物122。如果就流体组合物122而言,输送构件132的流体阻力太高,则空气可被吸入输送构件132或管芯140中,从而导致微流体递送构件180排墨。
[0077] 在评估输送构件132将流体组合物122供应到管芯140的充分性时,可计算最大流体阻力。如果可由管芯140形成的最大毛细管压力为Δpmax,并且所需的流量为n·dV·f,其中dV为液滴体积并且f为点火频率并且n为孔口190的数目,则流体阻力可表达为:
[0078] R=(Δp最大)/(n·dV·f)。
[0079] 输送构件132可通过高度HT、长度LT、和宽度WT来限定。例如,输送构件132的高度HT可以在约1mm至约100mm,或约5mm至约75mm,或约10mm至约50mm的范围内。输送构件132的长度LT可以在约15mm至约55mm的范围内。输送构件132的宽度WT可以在约3mm至约10mm的范围内。另外,输送构件132的宽度WT可大于腔体的宽度WC。因此,接头170可被构造成在第二末端部分162处压缩输送构件132以防止可能在贮存器130中的空气进入输送构件132。
[0080] 在其中毛细管输送用于将流体组合物递送至管芯140的示例性构造中,所述输送构件132的部分可表现出平均有效孔尺寸。所述输送构件132可表现出约10微米至约500微米,或者约20微米至约200微米,或者约25微米至约150微米的平均有效孔尺寸。输送构件132的第一末端部分160和中心部分164可具有第一平均有效孔尺寸并且输送构件132的第二末端部分162可具有第二平均有效孔尺寸,其中所述第二平均有效孔尺寸可小于第一平均有效孔尺寸。另选地,第一末端部分160可具有第一平均有效孔尺寸,第二末端部分162可具有第二平均有效孔尺寸,并且中心部分164可具有第三平均有效孔尺寸。为了输送构件
132的第一末端部分62、第二末端部分162和中心部分164的有效孔尺寸测量,将输送构件
132分为约相等长度的三个部分,第一末端部分160、中心部分164和第二末端部分162,并且测量每个部分的平均有效孔尺寸。如果输送构件132具有带不同平均有效孔尺寸的不同数目的区域(例如2个或多于3个),则可单独测量不同的部分以提供每个不同部分的测量值。
就整个输送构件132的平均有效孔尺寸而言,获取整个完整输送构件132的测量。
[0081] 输送构件132的材料的体积,不包括其中的孔或其它开放空间的体积,限定输送构件132的体积。输送构件132的体积可被构造成占据小于约60%,小于约40%,小于约20%,或小于约10%的贮存器130的总体积。将输送构件的体积保持较低增加可容纳在贮存器130内的流体组合物122的量,并如果提供透明或半透明贮存器或其部分,则可有助于使流体含量可见。
[0082] 孔内容积分布还可有助于表征输送构件的孔隙率并描述优选的实施方案。例如,已经发现具有孔内容积分布的输送构件132,其具有回流孔内容积,其中总容积的至少约80%在具有小于约150um的半径的孔中,并且优选总容积的至少80%在具有小于约100um的半径的孔中。使用得自下文所述的累积孔内容积测试方法的测量值来计算孔内容积分布。
[0083] 累积孔内容积测试方法
[0084] 该测试方法在已经在测试之前在23℃±2.0℃温度下进行调理持续最少12个小时的样本上进行。所有测试均应在相同的环境条件下并在此类调理室中进行。首先,获得并检测待测试的样本,并且丢弃任何损坏的产品。不测试具有缺陷诸如皱褶、撕裂、孔穴等的样本。应当根据制造商的说明书校准所有仪器。就本方法的目的而言,如本文所述进行调理的样本被认为是干样本(诸如“干纤维吸芯或烧结的吸芯”)。针对任何给定的受测试材料测量至少四个样本,并且对来自那四个复制样本的结果求平均值以给出最终报告值。
[0085] 孔内容积的测量是在TRI/自动化测孔仪(Princeton(N.J.,U.S.A.)的Textile Research Institute(TRI)/Princeton Inc.)上进行的。TRI/自动化测孔仪为自动化计算机控制的仪器,用于测定多孔材料中的孔内容积分布(例如,在1至1000μm有效孔半径范围内不同尺寸孔的容积)。计算机程序诸如自动化仪器软件版本2000.1或2003.1/2005.1;或数据处理软件版本2000.1(可购自TRI Princeton Inc.)和电子数据表程序用来捕获并分析所测量的数据。关于TRI/自动化测孔仪、其操作和数据处理的更多信息可在以下论文中发现:B.Miller和I.Tyomkin所著、在杂志Colloid and Interface Science(1994),162卷,
163-170页中公布的“Liquid Porosimetry:New Methodology and Applications”,其以引用的方式并入此处。
[0086] 如本申请中所用,测孔法涉及记录在周围气压改变时进入或离开多孔材料的流体的增量。使测试室中的样本暴露于精确控制的气压改变。当气压增加或降低时,不同尺寸的孔组排出或吸收流体。孔尺寸分布或孔内容积分布可进一步被测定为每个孔尺寸组的摄入体积的分布,如在对应压力下由仪器所测量。各组的孔内容积等于此流体量,如在对应气压下由仪器所测量。总累积流体摄入被测定为所吸收流体的总累积体积。孔的有效半径通过以下关系式与压差相关:
[0087] 压差=[(2)γcosΘ]/有效半径
[0088] 其中γ=流体表面张力,并且Θ=接触角。
[0089] 此方法使用上述公式来基于常数和设备控制的压力来计算有效孔半径。这继而还能够测定有效孔尺寸和输送构件内的孔尺寸分布。
[0090] 通过以使用者指定的增量来改变测试室气压来操作自动化设备:通过降低压力(增加孔尺寸)来吸收流体,或增加压力(降低孔尺寸)来排出流体。在每次压力递增时所吸收或排出的流体体积为之前压力设定和当前压力设定之间的所有孔组的累积体积。TRI/自动化测孔仪报告孔内容积对标本的总孔内容积的贡献,并且还报告在给定压力和有效半径下的体积和重量。压力-体积曲线可直接由这些数据构建,并且所述曲线还通常用于描述或表征多孔介质。
[0091] 就该方法而言,使用的流体为0.1重量%辛基苯氧基聚乙氧基乙醇(得自Union Carbide Chemical and Plastics Co.,Danbury,CT.的Triton X-100)的99.8重量%去离3
子水溶液(溶液的比重为约1.0)。仪器计算常数如下:ρ(密度)=1g/cm ;γ(表面张力)=30达因/厘米;cosΘ=1。在测试室的多孔板上使用1.2μm Millipore混合纤维素酯膜
(Millipore Corporation(Bedford,MA);目录号#RAWP09025)。运行空白条件(没有样本)来考虑测试室内的任何表面和/或边缘效应。从测试样本的可应用孔分组减去为该空白运行测定的任何孔内容积。
[0092] 用于该应用的孔尺寸(压力)序列如下(以μm表示的有效孔半径):10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、350、400、450、500、
550、600、650、700、750、800。使用这些压力值来产生推进1和后退1曲线。这个序列始于样本干燥,随着压力降低(即,推进1曲线)使样本饱和,并且接着随后随着压力再次增加(即,后退1曲线)将流体排出。
[0093] TRI/自动化测孔仪测量流体在每个压力水平下的累积重量(mg),并且报告样本的相应累积孔内容积。根据初始干样本的这些数据和重量,累积孔内容积/样本重量的比率可在任何所量测压力水下计算,并且以mm3/mg报告。用于本文的方法有助于基于常数和设备控制的压力来计算有效孔半径。这继而还能够测定输送构件内的有效孔内容积分布。累积孔内容积在前进和后退曲线期间测定。样本的平均有效孔尺寸可使用有效孔半径的加权平均来计算,其使用每个孔半径的后退曲线体积分布作为加权因子。
[0094] 因为重要的是确保没有气泡被引入通过输送构件132或通过任何密封件到接头170,还可期望测量输送构件132和接头170之间的毛细管通道176的最大有效孔尺寸。这可使用上述方法单独测量输送构件132的孔内容积分布,并且然后测量输送构件132的孔内容积分布同时附接到接头170来进行。然后从对具有接头170的输送构件132测量的回流孔内容积的合适孔组中减去单独对输送构件132测量的回流孔内容积。然后分析剩余的累积孔内容积分布以在至少95%的饱和流体保留在孔中的情况下测定最小孔半径。将该至少95%的饱和流体保留在孔中的情况下的最小孔半径定义为毛细管通道176的最大有效孔尺寸。
[0095] 输送构件132可由任何合适的材料制成或包括任何合适的材料。例如,输送构件可包括由聚合物或其它材料制成的纤维、织造纤维、烧结珠、泡沫、稀松布和/或颗粒。Essentra Porous Technologies或Porex为烧结和纤维绑方法制备输送构件的示例性供应商。已经发现合适的示例性聚合物包括聚乙烯、超高分子量聚乙烯(UHMW)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙6(N6)、聚丙烯(PP)、聚酯纤维、乙烯醋酸乙烯酯、聚醚砜、聚偏二氟乙烯(PVDF)、和聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)、以及它们的组合。其它适宜的材料包括但不限于颗粒状金属和纤维。输送构件132可包括高密度材料,诸如例如高密度聚乙烯
(HDPE)。可能期望输送构件132不含或至少基本上不含聚酯泡沫。许多喷墨料筒包括开孔聚氨酯泡沫,其可与一些流体组合物诸如香料组合物不相容,并且可在对其暴露时随时间推移分解。
[0096] 如图5所示,流体输送构件132可包括沿流体输送构件的长度的至少一部分围绕所述流体输送构件132的径向表面的外部套筒185,同时保持流体输送构件132的第一末端160和第二末端162暴露。套筒185可由无孔材料或比流体输送构件132具有更少孔的材料制成。套筒185可防止或至少减少贮存器130中的空气通过径向流动进入流体输送构件132。
[0097] 外部套筒185可以为包裹流体输送构件132的材料或可在流体输送构件132上形成。例如,可将材料喷涂在流体输送室132上或流体输送室132可浸入流体材料中,所述流体材料干燥以形成外部套筒185。外部套筒185可以为聚合物片材、Teflon带、薄塑性层、或任何其它合适的材料。Teflon带具有特定有益效果,因为其提供不透流体的密封件,对包裹是柔性的,是强的,并且还使其容易围绕流体输送构件132滑动。
[0098] 灌注再填充物
[0099] 可灌注微流体递送体系100的料筒108以在将料筒108插入外壳102之前从流体路径移除空气。优选地,流体输送构件132具有足以将流体从贮存器130牵引到输送构件132的第二末端162并在使用之前和期间将其保持在其中的毛细管力,从而自灌注。然而,可能期望通过从输送构件132、过滤器158、盖134、狭槽230(当存在时)和管芯140中移除任何空气来灌注料筒108。灌注可由通过喷嘴188施加真空力来进行。通常由料筒108在竖直位置上将真空压力进行数秒。在一些实施方案中,施加真空力并持续约30秒至约60秒。料筒108还可由通过料筒或贮存器130的盖134中的开口施加空气压力来灌注。可供给空气或另一种加压流体以增加贮存器130中的流体122上的压力,从而通过流体路径将流体122推上流体输送构件132。
[0100] 加压流体通过其被引入贮存器中的开口可在灌注之后密封。另外,可在灌注之后密封喷嘴188以在料筒108插入微流体递送体系100的外壳之前,防止料筒108排墨或流体组合物的蒸发性损失。可在喷嘴188和排气孔上方使用粘合带/标签或具有集成泡沫材料的顶盖,以减少由于蒸发的损失以及防止料筒108排墨。另选地或除此之外,料筒108可置于气密密封袋或其它结构中。另外,当存在时,外部套筒185可有助于防止流体输送构件132排墨。例如,套筒185可有助于防止空气沿其外表面进入流体输送构件132。
[0101] 微流体递送体系的操作
[0102] 如前所述,微流体递送体系100可使用热式加热或其它已知的流体射出装置从料筒108递送流体组合物122。例如,微流体递送构件136可包括一个或多个加热元件。非限制性参见附图,使用毛细管力将容纳在贮存器130内的流体组合物122芯吸上输送构件132朝向管芯140。在穿过输送构件132的第二末端部分162之后,流体组合物122行进通过过滤器158,当存在时,通过盖134中的开孔149,并且进入管芯140中。流体组合物122行进通过流体槽156(例如,图17所示)并进入每个流体室180的入口184中(例如,图12所示)。可部分地包含挥发性组分的流体组合物122行进通过每个流体室180到达每个流体室180的加热器208(例如,图18所示)。加热器208使流体组合物122中的挥发性组分的至少一部分蒸发,使得气泡形成。由气泡产生的膨胀导致流体组合物122的液滴通过喷嘴188的孔口190射出。然后气泡塌缩并导致流体组合物122的液滴破碎并从孔口190释放(例如,图18所示)。然后可构造体系使得流体组合物122的液滴行进通过保持器构件110中的开孔126,通过外壳102中的孔
118,并进入空气中。然后,流体组合物122重新填充流体室180,并且可重复该过程以释放流体组合物122的附加液滴。除了从喷嘴130射出流体之外或另选地,可使用其它射出过程。例如,压电元件或超声流体射出元件可用于使流体通过喷嘴188射出。
[0103] 微流体递送装置136的输出是可调节或可编程的。例如,流体组合物122的液滴从微流体递送体系100的释放之间的定时可以为任何期望的定时或可以为预定的或可调节的。另外,从微流体递送体系100释放的流体组合物的流量可以是预定的或可调节的。例如,微流体递送体系100可被构造成基于房间尺寸递送预定量的流体组合物122,诸如香料,或可被构造成可根据使用者的需要调节。仅出于示例性目的,从料筒108释放的流体组合物122的流量可在约50mg/小时至约40mg/小时范围内或任何其它合适的流量或范围。
[0104] 重新填充体系
[0105] 可能期望一旦流体组合物122已被使用到特定含量就重新填充贮存器130。在其中存在可移除料筒108的体系中,可从外壳102的保持器构件110移除用过的料筒108并且可将新的或重新填充的料筒108插入外壳102中。移除和/或替换料筒108的确切方式没有限制。例如,可通过在大致垂直于微流体递送构件136将流体组合物122释放到空气中的方向的方向上滑动料筒108,将料筒108插入外壳的保持器构件110中或从其移除。可通过将料筒108滑入保持器构件110中使料筒108与外壳102连接,使得料筒108的贮存器130与保持器构件
110的底壁114和/或一个或多个侧壁116连接。料筒108还可与保持器构件110的顶壁112连接。料筒108可以任何合适的方式与保持器构件110连接。例如,料筒108或保持器构件110可具有弹簧使得在连接至保持器构件110时,料筒呈弹簧加载的构造。所述体系可具有释放按钮以从保持器构件110释放料筒108或贮存器130。另选地或除此之外,料筒108或贮存器130可与紧固件接合以有助于将其固定到保持器构件110上。
[0106] 所述体系还可通过例如由端口138或通过移除贮存器130的盖134,将流体组合物122加入贮存器130中,来提供重新填充。在此类情况下,贮存器130可从保持器构件110移除或永久性附接于保持器构件。端口138的尺寸可设定成仅接受非常小的填充装置,诸如注射器,可包括单向或可具有塞子以有助于防止流体组合物122通过端口138从贮存器130渗出。填充口138可位于贮存器130或附接结构上的任何位置处。所述体系还可包括对重新填充贮存器130和/或更换料筒108的说明。
[0107] 流体组合物
[0108] 为了在微流体递送体系中令人满意地操作,需考虑流体组合物的许多特性。一些因素包括配制具有对于从微流体递送构件喷射最优粘度的流体,配制具有有限量或不含会堵塞微流体递送构件的悬浮固体的流体,配制对于不使微流体递送构件变干和堵塞而充分稳定的流体等。但是在微流体递送体系中令人满意地操作仅解决具有大于50重量%的香料混合物以从微流体递送构件合适地雾化,并有效地递送作为空气清新或恶臭减少组合物的流体组合物所需的一些要求。
[0109] 本发明的流体组合物可表现出小于20厘泊(“cps”),或者小于18cps,或者小于16cps,或者约5cps至约16cps,或者约8cps至约15cps的粘度。并且,所述挥发性组合物可具有低于约35达因/厘米,或着约20达因/厘米至约30达因/厘米的表面张力。粘度以cps计,使用结合高灵敏度双间隙几何构造的Bohlin CVO流变仪系统进行测定。
[0110] 在一些实施方案中,所述流体组合物不含在混合物中存在的悬浮固体或固体颗粒,其中颗粒物分散在液体基质内。不含悬浮固体可与作为一些香料材料的特征的溶解固体相区别。
[0111] 在一些实施方案中,本发明的流体组合物可包含挥发性物质。示例性挥发性物质包括香料物质、挥发性染料、用作杀昆虫剂的物质、用于调理、改善或以其它方式改善环境的精油或材料(例如,辅助睡眠、唤醒、呼吸健康等调理),除臭剂或恶臭控制组合物(例如,气味中和材料,诸如活性(如U.S.2005/0124512中公开的),气味阻挡材料、气味掩蔽材料、或感觉改善材料诸如紫罗(也公开于U.S.2005/0124512中))。
[0112] 挥发性材料可以按所述流体组合物的重量计大于约50%,或者大于约60%,或者大于约70%,或者大于约75%,或者大于约80%,或者约50%至约100%,或者约60%至约100%,或者约70%至约100%,或者约80%至约100%,或者约90%至约100%的量存在。
[0113] 流体组合物可包含通过材料的沸点(“B.P.”)选择的一种或多种挥发性材料。本文所述的B.P.在101kPa(760mm Hg)的正常标准压力下测量。许多香料成分在标准的101kPa(760mm Hg)下的B.P.可见于Steffen Arctander在1969年撰写和出版的“Perfume and Flavor Chemicals(Aroma Chemicals)”中。
[0114] 在本发明中,流体组合物可具有小于250℃,或者小于225℃,或者小于200℃,或者小于约150℃,或者小于约120℃,或者小于约100℃,或者约50℃至约200℃,或者约110℃至约140℃的平均B.P.。在一些实施方案中,大量低B.P.成分(<200C)可用于有助于射出更高B.P.的制剂。在一个示例中,虽然总体平均值仍然高于250℃,但如果10-50%的制剂的成分具有小于200℃的B.P.,则具有高于250℃的B.P.的制剂可被制成以良好性能射出。
[0115] 在一些实施方案中,流体组合物可包含、基本上由或由挥发性香料材料组成。
[0116] 表2和表3概括了适用于本发明的香料材料的技术数据。在一个实施方案中,所述组合物的约10重量%为乙醇,所述乙醇可用作稀释剂以将沸点降低至小于250℃的水平。在选择香料制剂时可认为闪点是小于70℃的闪点,其由于易燃性在一些国家中需要特定装运和处理。因此,配制成较高的闪点可能存在优势。
[0117] 表2列出了一些非限制性的示例性的适于本发明的流体组合物的各个香料材料。
[0118] 表2
[0119]CAS号 香料原料名 B.P.(℃)
105-37-3 丙酸乙酯 99
110-19-0 乙酸异丁酯 116
928-96-1 β,γ-己烯醇 157
80-56-8 α-蒎烯 157
127-91-3 β-蒎烯 166
1708-82-3 顺式-乙酸己烯酯 169
124-13-0 辛醛 170
470-82-6 桉叶脑 175
141-78-6 乙酸乙酯 77
[0120] 表3示出了具有小于200℃的总B.P.的示例性香料混合物
[0121] 表3
[0122]
[0123]
[0124] 当配制用于本发明的流体组合物时,其还可包含溶剂、稀释剂、增容剂、固定剂增稠剂等。这些材料的非限制性示例是乙醇、卡必醇、二甘醇、二丙二醇、邻苯二甲酸二乙酯、柠檬酸三乙酯、肉豆蔻酸异丙酯、乙基纤维素和苯甲酸苄酯。
[0125] 在一些实施方案中,所述流体组合物可包含功能性香料组分(“FPC”)。FPC是一类具有与传统的有机溶剂或挥发性有机混合物(“VOC”)相似的蒸发性质的香料原料。如本文所用,“VOC”是指在20℃测试下,蒸气压大于0.03kPa(0.2mm Hg),并有助于香料蒸发的挥发性有机化合物。示例性VOC包括以下有机溶剂:双丙二醇甲醚(“DPM”)、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇(“MMB”)、挥发性硅油和双丙二醇的甲酯、双丙二醇的乙酯、双丙二醇的丙酯、双丙二醇的丁酯、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚或任何商品名为DowanolTM二醇醚的VOC。VOC通常在流体组合物中以大于20%的量使用以有助于香料蒸发。
[0126] 本发明的FPC有助于香料材料的蒸发,并可提供愉悦、芳香的有益效果。FPC可以相对较大的浓度使用而不会不利影响总体组合物的香料特性。由此,在一些实施方案中,本发明的流体组合物可基本上不含VOC,也就是说它包含按所述组合物的重量计不大于18%,或者不大于6%,或者不大于5%,或者不大于1%,或者不大于0.5%的VOC。在一些实施方案中,所述挥发性组合物可不含VOC。
[0127] 适合作为FPC的香料材料公开于U.S.8,338,346中。
[0128] 在整个说明书中,以单数形式涉及的组分应当理解为涉及单个或多个此类组分这两种情况。
[0129] 除非另外指明,本文中所述的所有百分比均按重量计。
[0130] 在整个说明书中给出的每一数值范围包括落在该较宽数值范围内的每一较窄数值范围,如同这样的较窄数值范围在本文中是明确地写出一样。例如,应当认为所述“1至10”的范围包括在最小值1和最大值10之间(且包括所述值在内)的任何范围及所有子范围;
即,开始于最小值1或更大值且结束于最大值10或更小值例如1至6.1,3.5至7.8,5.5至10等的所有子范围。
[0131] 本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确值。相反,除非另外指明,否则每个这样的量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如,公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
[0132] 除非明确地排除或以其它方式限制,否则本文所引用的每个文档,包括该申请要求其优先权或有益效果的任何交叉引用或相关的专利或申请和任何专利申请或专利,均全文以引用的方式并入本文。任何文献的引用不是对其相对于任何本发明所公开的或本文受权利要求书保护的现有技术的认可,或不是对其单独地或以与任何其它参考文献或多个参考文献的组合提出、建议或公开了任何此类发明的认可。此外,如果此文献中术语的任何含义或定义与以引用方式并入本文的文献中相同术语的任何含义或定义相冲突,则将以此文献中赋予该术语的含义或定义为准。
[0133] 虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施方案,但是对于本领域技术人员来说显而易见的是,在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出多个其它改变和修改。因此,本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有这些改变和修改。
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