本申請(qǐng)涉及串行晶體學(xué)樣品傳輸，特別是涉及一種用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器。

背景技術(shù)：

1、自由電子激光串行晶體學(xué)方法主要用于生物大分子或其他晶體材料動(dòng)態(tài)或靜態(tài)結(jié)構(gòu)研究。其樣品輸運(yùn)主要追求的是高的樣品傳輸效率、低的樣品消耗量以及射流穩(wěn)定性。高的樣品傳輸效率、低的樣品消耗量要求樣品傳輸速度與自由電子激光脈沖相匹配，產(chǎn)生樣品射流尺寸與晶體尺寸相匹配或稍小于晶體尺寸，這樣可以減少晶體溶液帶來的背景散射與欒晶衍射。自由電子激光串行晶體學(xué)線站的光斑尺寸僅僅只有幾個(gè)微米或是幾百納米，射流穩(wěn)定性越好，樣品的命中率越高。串行晶體學(xué)早期實(shí)驗(yàn)采用瑞麗噴嘴結(jié)構(gòu)，由于其射流較粗，導(dǎo)致樣品浪費(fèi)嚴(yán)重，且比較容易導(dǎo)致樣品堵塞，該方法被氣動(dòng)虛擬噴嘴結(jié)構(gòu)(gasdynamic?virtual?nozzle,gdvn)完全取代。gdvn通過氣體對(duì)樣品射流聚焦，產(chǎn)生的射流直徑約幾百納米至幾微米之間，相比瑞麗噴嘴結(jié)構(gòu)能有效減少樣品堵塞和降低樣品消耗。高速亞微米射流可通過氣體聚焦gdvn實(shí)現(xiàn)，但目前的gdvn噴嘴結(jié)構(gòu)主要通過人工火焰拋光噴嘴結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行加工，噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)不可控。本專利主要是利用數(shù)值模擬軟件對(duì)高速亞微米射流噴嘴結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模擬與參數(shù)優(yōu)化，獲得高速亞微米射流噴嘴結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，該參數(shù)模型下的噴嘴結(jié)構(gòu)可獲得長(zhǎng)穩(wěn)定長(zhǎng)度且射流直徑可達(dá)亞微米的射流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本申請(qǐng)的目的在于提供一種用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站能產(chǎn)生亞微米射流的晶體樣品傳輸噴射器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站高速液體樣品傳輸問題。該噴嘴流速可達(dá)10-100m/s，最高可匹配1mhz自由電子激光脈沖重復(fù)頻率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本申請(qǐng)一方面提供一種用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器，包括噴嘴結(jié)構(gòu)，所述噴嘴結(jié)構(gòu)的末端為第一錐形結(jié)構(gòu)，所述噴嘴結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有連通的石英毛細(xì)管組裝通道和樣品溶液通道，所述樣品溶液通道的末端設(shè)有樣品溶液出口，至少部分所述樣品溶液通道的外周還設(shè)有氣體通道，還包括進(jìn)氣窗，所述進(jìn)氣窗與所述氣體通道連通，所述氣體通道的末端朝向所述樣品溶液出口收攏形成第二錐形結(jié)構(gòu)，所述第一錐形結(jié)構(gòu)上設(shè)有噴嘴結(jié)構(gòu)出口，所述第一錐形結(jié)構(gòu)的圓錐角2θ1為40°～60°，所述氣體通道、噴嘴結(jié)構(gòu)出口、樣品溶液通道的直徑相等。

3、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述第二錐形結(jié)構(gòu)的圓錐角2θ2為30°。

4、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述氣體通道、噴嘴結(jié)構(gòu)出口、樣品溶液通道的直徑均為50～100微米。

5、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述噴嘴結(jié)構(gòu)上還設(shè)有卡扣。

6、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述噴嘴結(jié)構(gòu)為3d打印，打印材料為樹脂。

7、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述進(jìn)氣窗的個(gè)數(shù)為1個(gè)或多個(gè)；各所述進(jìn)氣窗分別與所述氣體通道連通。

8、本申請(qǐng)第二方面提供一種高速亞微米射流液體樣品傳輸裝置，包括本申請(qǐng)第一方面所述的樣品傳輸噴射器，所述裝置還包括依次連通的液流驅(qū)動(dòng)泵、樣品存儲(chǔ)器和石英毛細(xì)管，所述石英毛細(xì)管設(shè)于所述樣品傳輸噴射器中，所述裝置還包括依次連通的氣體供應(yīng)設(shè)備、氣體接入管道、不銹鋼管，所述樣品傳輸噴射器套設(shè)于所述不銹鋼管中，且與所述不銹鋼管連通。

9、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述石英毛細(xì)管設(shè)于石英毛細(xì)管組裝通道中，且所述石英毛細(xì)管與樣品溶液通道連通。

10、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述樣品傳輸噴射器包括進(jìn)氣窗，所述不銹鋼管與進(jìn)氣窗連通。

11、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述裝置還包括三通、第一接頭、第二接頭和第三接頭，所述不銹鋼管套設(shè)于所述第一接頭中，所述第一接頭與三通連接；所述石英毛細(xì)管通過第二接頭與三通連接，所述氣體接入管道通過第三接頭與三通連接。

12、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述氣體供應(yīng)設(shè)備和氣體接入管道之間設(shè)有氣體流量調(diào)節(jié)閥。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果為：

14、采用了數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)液流噴嘴結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使其能獲得穩(wěn)定長(zhǎng)度長(zhǎng)的亞微米級(jí)射流。該結(jié)構(gòu)的制作采用的是高精度3d打印技術(shù)，使得該裝置的生產(chǎn)具備較好的重復(fù)性，可大量生產(chǎn)。除此外，該3d打印的噴嘴結(jié)構(gòu)可與標(biāo)準(zhǔn)化的微流體管道與連接器組裝成高速亞微米射流傳輸裝置，組裝極其簡(jiǎn)易。

技術(shù)特征：

1.一種用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器，其特征在于，包括噴嘴結(jié)構(gòu)(11)，所述噴嘴結(jié)構(gòu)(11)的末端為第一錐形結(jié)構(gòu)(111)，所述噴嘴結(jié)構(gòu)(11)內(nèi)設(shè)有連通的石英毛細(xì)管組裝通道(12)和樣品溶液通道(13)，所述樣品溶液通道(13)的末端設(shè)有樣品溶液出口(131)，至少部分所述樣品溶液通道(13)的外周還設(shè)有氣體通道(14)，還包括進(jìn)氣窗(15)，所述進(jìn)氣窗(15)與所述氣體通道(14)連通，所述氣體通道(14)的末端朝向所述樣品溶液出口(131)收攏形成第二錐形結(jié)構(gòu)(16)，所述第一錐形結(jié)構(gòu)(111)上設(shè)有噴嘴結(jié)構(gòu)出口(112)，所述第一錐形結(jié)構(gòu)(111)的圓錐角2θ1為40°～60°，所述氣體通道(14)、噴嘴結(jié)構(gòu)出口(112)、樣品溶液通道(13)的直徑相等。

2.如權(quán)利要求1所述的用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器，其特征在于，所述第二錐形結(jié)構(gòu)(16)的圓錐角2θ2為30°。

3.如權(quán)利要求1所述的用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器，其特征在于，所述氣體通道(14)、噴嘴結(jié)構(gòu)出口(112)、樣品溶液通道(13)的直徑均為50～100微米。

4.如權(quán)利要求1所述的用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器，其特征在于，所述噴嘴結(jié)構(gòu)(11)上還設(shè)有卡扣(17)。

5.如權(quán)利要求1所述的用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器，其特征在于，所述噴嘴結(jié)構(gòu)(11)為3d打印，打印材料為樹脂。

6.如權(quán)利要求1所述的用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器，其特征在于，所述進(jìn)氣窗(15)的個(gè)數(shù)為1個(gè)或多個(gè)；各所述進(jìn)氣窗(15)分別與所述氣體通道(14)連通。

7.一種高速亞微米射流液體樣品傳輸裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的樣品傳輸噴射器(1)，所述裝置還包括依次連通的液流驅(qū)動(dòng)泵(2)、樣品存儲(chǔ)器(3)和石英毛細(xì)管(4)，所述石英毛細(xì)管(4)設(shè)于所述樣品傳輸噴射器(1)中，所述裝置還包括依次連通的氣體供應(yīng)設(shè)備(5)、氣體接入管道(6)、不銹鋼管(7)，所述樣品傳輸噴射器(1)套設(shè)于所述不銹鋼管(7)中，且與所述不銹鋼管(7)連通。

8.如權(quán)利要求7所述的高速亞微米射流液體樣品傳輸裝置，其特征在于，所述石英毛細(xì)管(4)設(shè)于石英毛細(xì)管組裝通道(12)中，且所述石英毛細(xì)管(4)與樣品溶液通道(13)連通。

9.如權(quán)利要求7所述的高速亞微米射流液體樣品傳輸裝置，其特征在于，所述樣品傳輸噴射器(1)包括進(jìn)氣窗(15)，所述不銹鋼管(7)與進(jìn)氣窗(15)連通。

10.如權(quán)利要求7所述的高速亞微米射流液體樣品傳輸裝置，其特征在于，所述裝置還包括三通(8)、第一接頭(91)、第二接頭(92)和第三接頭(93)，所述不銹鋼管(7)套設(shè)于所述第一接頭(91)中，所述第一接頭(91)與三通(8)連接；所述石英毛細(xì)管(4)通過第二接頭(92)與三通(8)連接，所述氣體接入管道(6)通過第三接頭(93)與三通(8)連接；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及串行晶體學(xué)樣品傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站的樣品傳輸噴射器。包括噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴結(jié)構(gòu)的末端為第一錐形結(jié)構(gòu)，噴嘴結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有連通的石英毛細(xì)管組裝通道和樣品溶液通道，樣品溶液通道的末端設(shè)有樣品溶液出口，至少部分樣品溶液通道的外周還設(shè)有氣體通道，還包括進(jìn)氣窗，進(jìn)氣窗與氣體通道連通，氣體通道的末端朝向樣品溶液出口收攏形成第二錐形結(jié)構(gòu)，第一錐形結(jié)構(gòu)上設(shè)有噴嘴結(jié)構(gòu)出口，第一錐形結(jié)構(gòu)的圓錐角為40°～60°，氣體通道、噴嘴結(jié)構(gòu)出口、樣品溶液通道的直徑相等。本申請(qǐng)用于解決現(xiàn)有技術(shù)中自由電子激光串行晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)站高速液體樣品傳輸問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李冰,李凌昊,翁祖謙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上?？萍即髮W(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24