一种用超声波控制微气泡运动的方法技术

本发明专利技术公开了一种用超声波控制微气泡运动的方法。本发明专利技术通过双通道信号源调整两个相对超声波之间的相位差，控制驻波场的运动，从而间接控制微气泡的运动。利用三个正交超声波对的协同作用，实现微气泡在三个方向上的运动控制。本发明专利技术提出的控制微气泡运动的方法，除了可以控制微气泡运动，也可以控制各种微纳颗粒。该方法容易集成化，对人体安全，操作简单便捷，为微气泡在医学以及其他领域更深入的应用提供了可能性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制微气泡运动的方法，尤其涉及一种用超声波控制微气泡运动的方法，属于流体机械领域。
技术介绍
微气泡特指直径为几微米到几百微米范围内的气泡。近年来，有关微气泡及其应用的研究已成为热点，微气泡被广泛应用于医学、石油、环境、采矿、化工、动力、冶金、核能等领域。超声波是一种频率超过20kHz的机械疏密波，已经被广泛应用于临床诊断和治疗。超声诊断技术被公认为是最安全快捷和低成本的扫描检测方法，而以表面活性剂或聚合物包膜为依托的微气泡，已经成为最有效的超声成像造影剂。随着超声医学和分子生物学的不断发展，微气泡越来越多地被用作为一种携带药物的载体。携带药物或基因的微气泡通过静脉注射或其他方法进入人体内，通过对微气泡运动的控制使微气泡到达目标病变组织，然后通过超声空化释放药物或基因，从而达到高效的基因治疗作用。最近研究表明，微泡技术在靶向治疗、介导基因治疗、血栓溶解和肿瘤定向治疗等方面具有极高的应用前景。对微气泡运动的精准控制可以为微气泡应用于药物输运、靶向治疗等医学上及其他领域更深入广泛的应用奠定基础。而目前对于微气泡运动控制的研究还很少，针对现有实际情况和对微气泡运动控制的需求，本专利技术提出一种用超声波精准控制微气泡运动的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有对微气泡运动进行控制技术的缺乏，提出了一种控制微气泡运动的方法。该方法是一种全新的控制微气泡运动的方法，采用超声波对微气泡在液体中的运动进行控制，简单易操作。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用超声波控制微气泡运动的方法。整个装置由超声控制部件、信号源及超声波发生器、显微成像系统、生成微气泡的微流控装置等几部分组成，其中超声控制部件安装在一个特殊加工的透明长方体玻璃箱内，玻璃箱六个面均挖空并镶嵌上一片碟形片超声波换能器，用密封胶密封，保证碟形片超声波换能器与玻璃缸连接处的密封性，玻璃箱顶部穿孔用于微气泡及液体注入玻璃箱内。玻璃箱放置于载物台上，箱内注满水或者其它液体，微流控装置生成的微气泡通过超细导管从微流控芯片中引入到玻璃箱中。六个超声波换能器分别连接超声波发生器，然后组成两两相对的三组，分别连接三个双通道信号源，控制微气泡三个方向的运动。通过显微成像系统观察确定目标区域有微气泡存在，具备进行下一步超声控制微气泡的实验条件后，打开超声波发生器。超声波频率与被控制的微泡直径相关，对于直径在1.5μm到150μm的微气泡，频率控制在20kHz到2MHz之间。通过控制信号源两个通道信号的相位差，可以控制一组超声波的驻波移动，从而导致驻波里微气泡跟随驻波运动，实现控制微气泡运动的目的。协同三组信号源相位的控制，就可以实现微气泡在三个方向上的运动。本专利技术与现有技术相比，具有的有益效果是：1、本专利技术提出用超声波控制微气泡运动的方法，是一种全新的控制微气泡运动的理念，现有的技术中还不存在利用超声波对微气泡的运动进行精确控制的方法。在医学中，微气泡可以作为一种载体，携带药物或基因通过静脉注射进入人体内，若能采用本专利技术所描述的超声波控制微气泡运动的方法对人体内的微气泡进行精准控制，则能控制微气泡携带药物到目标病变组织再进行药物释放，能够进行精准治疗，最大程度地降低药物的副作用。2、本专利技术提出的控制微气泡运动的方法，除了可以控制微气泡运动，也可以控制各种微纳颗粒。该方法容易集成化，对人体安全，操作简单便捷，为微气泡在医学以及其他领域更深入的应用提供了可能性。附图说明图1是超声波微气泡控制装置示意图；图2是超声控制部件示意图；图中：1、实验台，2生成微气泡的微流控装置，3、微气泡输出导管，4显微成像系统，5、超声控制部件：六面均镶嵌有碟形片超声换能器的玻璃箱，6、碟形片超声波换能器，7、连接超声波发生器及信号源和碟形片超声波换能器的电源线，8、信号源及超声波发生器，9、微气泡导入及液体注入孔。具体实施方式如图1所示，以超声波控制微气泡在水中的运动为实例，本专利技术的具体实施方案为：整个装置由超声控制部件5、信号源及超声波发生器8、显微成像系统4、生成微气泡的微流控装置2、连接超声波发生器及信号源和碟形片超声波换能器的电源线7等几部分组成。其中超声控制部件安装在一个特殊加工的透明长方体玻璃箱5内，玻璃箱六个面均挖空并镶嵌上一片碟形片超声波换能器6，通过密封胶密封，保证超声波换能器与玻璃箱连接处的密封性，顶部开有微气泡导入及液体注入孔9；信号源及超声波发生器8，产生的超声波频率在20kHz到2MHz范围内。实例中用氮气或空气作为微气泡生成气源。六个碟形片超声波换能器分别连接超声波发生器，并组成两两相对的三组，连接三个双通道信号源，利用一对同频超声波形成的超声波驻波对微气泡的约束作用，控制微气泡单方向的运动。将六个面均镶嵌碟形片超声波换能器的玻璃箱清洁干净后，放置于实验台1上，并注满去离子水。首先用微流控装置（包括微流控芯片、气罐、精密注射泵和若干微细导管和医用注射器）产生实验所需尺寸的微气泡，微气泡的直径在1.5μm到150μm之间。用微细导管连接微流控芯片的微气泡输出通道，将生成的微气泡通过微气泡输出导管3导入玻璃箱目标区域中，可通过显微镜成像系统观察到目标区域是否存在微气泡。确定目标区域中存在所需的微气泡后，根据微气泡大小选定合适的超声波频率，然后启动超声波发生装置。等声场稳定后，会发现微气泡被约束在一对同频超声波形成的超声波驻波内。通过双通道信号源调整两个相对超声波之间的相位差，可以控制驻波场的运动，从而间接控制微气泡的运动。利用三个正交超声波对的协同作用，就可以实现微气泡在三个方向上的运动控制。综上，本专利技术提出了一种全新的控制微气泡运动方法，采用超声波可以驱动微气泡运动，并且能有针对性地对微气泡的运动进行精准控制，控制过程简单易操作。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术作任何限制，凡是根据本专利技术技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本专利技术技术方案的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用超声波控制微气泡运动的方法，其特征在于：将六个面均镶嵌碟形片超声波换能器的玻璃箱清洁干净后，放置于实验台上，并注满去离子水，用微流控装置产生所需尺寸的微气泡，将生成的微气泡通过微气泡输出导管导入玻璃箱目标区域中，通过显微镜成像系统观察到目标区域是否存在微气泡；确定目标区域中存在所需的微气泡后，根据微气泡大小选定的超声波频率，然后启动超声波发生装置；等声场稳定后，微气泡将被约束在一对同频超声波形成的超声波驻波内；通过双通道信号源调整两个相对超声波之间的相位差，控制驻波场的运动，从而间接控制微气泡的运动；利用三个正交超声波对的协同作用，实现微气泡在三个方向上的运动控制。

【技术特征摘要】
1.一种用超声波控制微气泡运动的方法，其特征在于：将六个面均镶嵌碟形片超声波换能器的玻璃箱清洁干净后，放置于实验台上，并注满去离子水，用微流控装置产生所需尺寸的微气泡，将生成的微气泡通过微气泡输出导管导入玻璃箱目标区域中，通过显微镜成像系统观察到目标区域是否存在微气泡；
确定目标区域中存在所需的微气泡后，根据微气泡大小选定的超声波频率，然后启动超声波发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：包福兵，项素娟，凃程旭，林建忠，尹招琴，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33