基于环形阵列超声换能器的超声移液方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供了基于环形阵列超声换能器的超声移液方法及其系统，方法包括测量操作和移液操作；测量操作包括：激励阵元产生短脉冲形式的发射超声波，到达液面后，产生反射超声波；各个阵元接收反射超声波，并进行动态波束合成，得到并分析超声波束，获取液体参数。移液操作包括：根据液体参数调整激励参数；激励中心阵元和至少一个非中心阵元，产生长脉冲形式的发射超声波，并聚焦于液面上，将源载液平台中的溶液以液滴形式移动到预设目标载液平台。本发明专利技术的方案基于环形阵列超声换能器实现液体参数检测和非接触式超声移液，不仅具备非接触式移液安全、准确的特点，而且系统复杂度低，设备成本低，操作简单。操作简单。操作简单。

Ultrasonic liquid transfer method and system based on annular array ultrasonic transducer

【技术实现步骤摘要】
基于环形阵列超声换能器的超声移液方法及其系统


[0001]本专利技术涉及超声应用领域，具体而言，涉及一种基于环形阵列超声换能器的超声移液方法及其系统。

技术介绍

[0002]合成生物学被誉为是应对挑战的世界三大颠覆性技术之一。移液是合成生物实验室最为普遍的操作任务之一，选择正确的移液器是精准完成实验的关键一步。根据移液过程中是否接触溶液，可将移液手段分为接触式移液和非接触式移液。
[0003]接触式移液，比如移液枪。移液器在移液过程中，样品会粘连在移液头上，使得转移的液体量不准确，有可能会产生巨大的假阴性结果。并且梯度稀释时误差会累积，一些样品在使用梯度稀释时，显示了多达三次方的生物活性的损失。另外，由于移液头是一次性耗材，为避免交叉感染，每一次使用后都需要特殊处理或者更换，因此会需要大量的耗材来支撑实验，大规模使用时费用较为昂贵。
[0004]现有接触式的超声移液装置需要通过移液环来移动液体，待移液的液体种类受到限制，从而使得该技术的实际应用受到限制。
[0005]现有非接触式的超声移液装置，虽然能够安全地实现液体移动，但系统复杂度高、设备成本高。现有技术中存在一种方案，基于相控阵技术，通过引入小型化阵列化超声换能器，以电学驱动自聚焦的形式从喷射液滴。该方案使用了大量微机械超声换能器组成阵列超声换能器，不仅成本较高，而且结构极其复杂，难以准确操作阵列超声换能器实现移液。
[0006]因此，需要一种成本较低、结构简单、操作简易的非接触式移液方案，能够解决上述问题。

技术实现思路

[0007]基于现有技术存在的问题，本专利技术提供了基于环形阵列超声换能器的超声移液方法及其系统。具体方案如下：
[0008]一种基于环形阵列超声换能器的超声移液方法，包括多次测量操作和至少一次移液操作；
[0009]每次测量操作包括：
[0010]以预设激励波形激励环形阵列超声换能器中的中心阵元，或激励环形阵列超声换能器中的中心阵元和至少一个非中心阵元，产生短脉冲形式的第一发射超声波；
[0011]所述第一发射超声波到达源载液平台的液面后，产生第一反射超声波；
[0012]所述环形阵列超声换能器中的各个阵元接收所述第一反射超声波，并进行动态波束合成，得到一条超声波束；
[0013]分析所述超声波束，获取源载液平台的液体参数；
[0014]每次移液操作具体包括：
[0015]根据源载液平台的液体参数调整移液操作的激励参数；
[0016]基于调整后的激励参数，以预设激励波形激励所述环形阵列超声换能器中的中心阵元和至少一个非中心阵元，产生长脉冲形式的第二发射超声波；
[0017]所述第二发射超声波聚焦于源载液平台中的液面上，在超声波作用下，将所述源载液平台中的溶液以液滴形式移动到预设目标载液平台。
[0018]在一个具体实施例中，所述中心阵元为圆形阵元，所述非中心阵元为围绕中心阵元的环形阵元；
[0019]所述环形阵列超声换能器包括一个圆形阵元和至少一个环形阵元，且所述环形阵元之间依次嵌套排布，所述圆形阵元嵌于某个环形阵元中。
[0020]在一个具体实施例中，所述激励波形包括方波、台阶型准正弦波和正弦波。
[0021]在一个具体实施例中，所述动态波束合成具体包括：
[0022]各个阵元接收第一反射超声波，依据其超声波传播方向的深度值和换能器物理尺寸计算获取超声波双向传播的时间参数，基于所述时间参数进行多个信号的延迟叠加。
[0023]在一个具体实施例中，所述液体参数包括源载液平台的液面高度、液体密度以及超声波在液体中的传播速度。
[0024]在一个具体实施例中，“根据源载液平台的液体参数调整激励参数”包括：
[0025]基于所述液面高度对移液操作的激励波形进行波形调整，以控制所述移液操作在进行激励时的超声能量；
[0026]所述波形调整包括激励波形的振幅、周期数量以及激励波形之间的相对相位延迟。
[0027]在一个具体实施例中，若液面位置较高，则减小环形阵列超声换能器各个阵元的激励波形以减少相对相位延迟，提高超声波焦点位置；同时提高激励波形的振幅或周期数量；
[0028]若液面位置较低，则增大各个阵元的激励波形相对相位延迟；同时降低激励波形的振幅或周期数量。
[0029]在一个具体实施例中，所述第一发射超声波为平面波声束；
[0030]和/或，所述第二发射超声波为聚焦波声束。
[0031]一种基于环形阵列超声换能器的超声移液系统，包括，
[0032]源载液平台，用于存储待移取溶液；
[0033]目标载液平台，用于储存移液后的待移取溶液；
[0034]环形阵列超声换能器，包括一个圆形阵元和至少一个环形阵元；用于执行部分测量操作和部分移液操作；
[0035]执行的测量操作包括：
[0036]使一个中心阵元被激励，或中心阵元和至少一个非中心阵元被激励后产生短脉冲的第一发射超声波；所述第一发射超声波到达一个源载液平台的液面后，产生第一反射超声波；各个阵元接收所述第一反射超声波，并进行动态波束合成，得到一条超声波束；
[0037]执行的移液操作包括：
[0038]中心阵元和至少一个非中心阵元被激励后产生长脉冲的第二发射超声波；所述第二发射超声波聚焦于源载液平台中的液面上，在超声波的聚焦作用下，将所述源载液平台中的溶液以液滴形式移动到所述目标载液平台；
[0039]控制单元，用于激励所述环形阵列超声换能器；分析所述超声波束，获取源载液平台的液体参数，以实现对源载液平台液体参数的测量；在移液操作开始时，根据源载液平台的液体参数调整移液操作的激励参数。
[0040]在一个具体实施例中，所述中心阵元为圆形阵元，所述非中心阵元为围绕中心阵元的环形阵元；
[0041]所述环形阵列超声换能器包括一个圆形阵元和至少一个环形阵元，且所述环形阵元之间依次嵌套排布，所述圆形阵元嵌于某个环形阵元中。
[0042]有益效果：
[0043]本专利技术提供了一种基于环形阵列超声换能器的超声移液方法及其系统，基于环形阵列超声换能器实现液体参数检测和非接触式超声移液，不仅具备非接触式移液安全、准确的特点，而且系统复杂度低，设备成本低，操作简单。环形阵列超声换能器可以在阵元数大幅度少于线阵和面阵换能器阵元数的情况下形成高分辨率的聚焦声场，实现精确的焦距调整，制作工艺简单，且成本低。
[0044]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0045]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环形阵列超声换能器的超声移液方法，其特征在于，包括多次测量操作和至少一次移液操作；每次测量操作包括：以预设激励波形激励环形阵列超声换能器中的中心阵元，或激励环形阵列超声换能器中的中心阵元和至少一个非中心阵元，产生短脉冲形式的第一发射超声波；所述第一发射超声波到达源载液平台的液面后，产生第一反射超声波；所述环形阵列超声换能器中的各个阵元接收所述第一反射超声波，并进行动态波束合成，得到一条超声波束；分析所述超声波束，获取源载液平台的液体参数；每次移液操作具体包括：根据源载液平台的液体参数调整移液操作的激励参数；基于调整后的激励参数，以预设激励波形激励所述环形阵列超声换能器中的中心阵元和至少一个非中心阵元，产生长脉冲形式的第二发射超声波；所述第二发射超声波聚焦于源载液平台中的液面上，在超声波作用下，将所述源载液平台中的溶液以液滴形式移动到预设目标载液平台。2.根据权利要求1所述的超声移液方法，其特征在于，所述中心阵元为圆形阵元，所述非中心阵元为围绕中心阵元的环形阵元；所述环形阵列超声换能器包括一个圆形阵元和至少一个环形阵元，且所述环形阵元之间依次嵌套排布，所述圆形阵元嵌于某个环形阵元中。3.根据权利要求1所述的超声移液方法，其特征在于，所述激励波形包括方波、台阶型准正弦波和正弦波。4.根据权利要求1所述的超声移液方法，其特征在于，所述动态波束合成具体包括：各个阵元接收第一反射超声波，依据其超声波传播方向的深度值和换能器物理尺寸计算获取超声波双向传播的时间参数，基于所述时间参数进行多个信号的延迟叠加。5.根据权利要求1所述的超声移液方法，其特征在于，所述液体参数包括源载液平台的液面高度、液体密度以及超声波在液体中的传播速度。6.根据权利要求5所述的超声移液方法，其特征在于，“根据源载液平台的液体参数调整激励参数”包括：基于所述液面高度对移液操作的激励波形进行波形调整，以控制所述移液操作在进...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爽，
申请(专利权)人：深圳欢影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：