一種基于超聲波控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于超聲波控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置。本實(shí)用新型包括微流控裝置、微氣泡輸出導(dǎo)管、顯微成像系統(tǒng)、裝置本體和超聲波發(fā)生器；所述的裝置本體呈箱體狀，在箱體的六個(gè)面上設(shè)置有超聲波換能器，所述的超聲波換能器連接至超聲波發(fā)生器；在所述箱體開有微孔，用于微氣泡的導(dǎo)入，微氣泡輸出導(dǎo)管的一端與該微孔連接，另一端與微流控裝置連接；所述的箱體正上方還裝有用于觀測微氣泡運(yùn)動(dòng)的顯微成像系統(tǒng)。本實(shí)用新型除了可以控制微氣泡運(yùn)動(dòng)，也可以控制各種微納顆粒。該裝置容易集成化，對人體安全，操作簡單便捷，為微氣泡在醫(yī)學(xué)以及其他領(lǐng)域更深入的應(yīng)用提供了可能性。
【專利說明】
一種基于超聲波控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于流體機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種基于超聲波控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微氣泡特指直徑為幾微米到幾百微米范圍內(nèi)的氣泡。近年來，有關(guān)微氣泡及其應(yīng)用的研究已成為熱點(diǎn)，微氣泡被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、石油、環(huán)境、采礦、化工、動(dòng)力、冶金、核能等領(lǐng)域。
[0003]超聲波是一種頻率超過20kHz的機(jī)械疏密波，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床診斷和治療。超聲診斷技術(shù)被公認(rèn)為是最安全快捷和低成本的掃描檢測方法，而以表面活性劑或聚合物包膜為依托的微氣泡，已經(jīng)成為最有效的超聲成像造影劑。隨著超聲醫(yī)學(xué)和分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，微氣泡越來越多地被用作為一種攜帶藥物的載體。攜帶藥物或基因的微氣泡通過靜脈注射或其他方法進(jìn)入人體內(nèi)，通過對微氣泡運(yùn)動(dòng)的控制使微氣泡到達(dá)目標(biāo)病變組織，然后通過超聲空化釋放藥物或基因，從而達(dá)到高效的基因治療作用。最近研究表明，微泡技術(shù)在靶向治療、介導(dǎo)基因治療、血栓溶解和腫瘤定向治療等方面具有極高的應(yīng)用前景。
[0004]對微氣泡運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)控制可以為微氣泡應(yīng)用于藥物輸運(yùn)、靶向治療等醫(yī)學(xué)上及其他領(lǐng)域更深入廣泛的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。而目前對于微氣泡運(yùn)動(dòng)控制的研究還很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于超聲波控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置。
[0006]本實(shí)用新型包括微流控裝置、微氣泡輸出導(dǎo)管、顯微成像系統(tǒng)、裝置本體和超聲波發(fā)生器。
[0007]所述的裝置本體呈箱體狀，在箱體的六個(gè)面上設(shè)置有超聲波換能器，所述的超聲波換能器連接至超聲波發(fā)生器;在所述箱體開有微孔，用于微氣泡的導(dǎo)入，微氣泡輸出導(dǎo)管的一端與該微孔連接，另一端與微流控裝置連接;所述的箱體正上方還裝有用于觀測微氣泡運(yùn)動(dòng)的顯微成像系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步說，所述的箱體米用玻璃箱，在玻璃箱注有去尚子水。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:
[0010]本裝置除了可以控制微氣泡運(yùn)動(dòng)，也可以控制各種微納顆粒。該裝置容易集成化，對人體安全，操作簡單便捷，為微氣泡在醫(yī)學(xué)以及其他領(lǐng)域更深入的應(yīng)用提供了可能性。
【附圖說明】
[0011]圖1是本裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是裝置本體示意圖；
[0013]圖中:1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)，2生成微氣泡的微流控裝置，3、微氣泡輸出導(dǎo)管，4顯微成像系統(tǒng)，
5、裝置本體，6、碟形片超聲波換能器，7、連接超聲波發(fā)生器及信號(hào)源和碟形片超聲波換能器的電源線，8、信號(hào)源及超聲波發(fā)生器，9、微氣泡導(dǎo)入及液體注入孔。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型裝置由超聲控制部件、信號(hào)源及超聲波發(fā)生器、顯微成像系統(tǒng)、生成微氣泡的微流控裝置等幾部分組成，其中超聲控制部件安裝在一個(gè)特殊加工的透明長方體玻璃箱內(nèi)，玻璃箱六個(gè)面均挖空并鑲嵌上一片碟形片超聲波換能器，用密封膠密封，保證碟形片超聲波換能器與玻璃缸連接處的密封性，玻璃箱頂部穿孔用于微氣泡及液體注入玻璃箱內(nèi)。
[0015]玻璃箱放置于載物臺(tái)上，箱內(nèi)注滿水或者其它液體，微流控裝置生成的微氣泡通過超細(xì)導(dǎo)管從微流控芯片中引入到玻璃箱中。六個(gè)超聲波換能器分別連接超聲波發(fā)生器，然后組成兩兩相對的三組，分別連接三個(gè)雙通道信號(hào)源，控制微氣泡三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。通過顯微成像系統(tǒng)觀察確定目標(biāo)區(qū)域有微氣泡存在，具備進(jìn)行下一步超聲控制微氣泡的實(shí)驗(yàn)條件后，打開超聲波發(fā)生器。超聲波頻率與被控制的微泡直徑相關(guān)，對于直徑在1.5μπι到150μπι的微氣泡，頻率控制在20kHz到2MHz之間。通過控制信號(hào)源兩個(gè)通道信號(hào)的相位差，可以控制一組超聲波的駐波移動(dòng)，從而導(dǎo)致駐波里微氣泡跟隨駐波運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的目的。協(xié)同三組信號(hào)源相位的控制，就可以實(shí)現(xiàn)微氣泡在三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。
[0016]實(shí)施例:
[0017]如圖1和圖2所示，以超聲波控制微氣泡在水中的運(yùn)動(dòng)為實(shí)例，本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案為:
[0018]整個(gè)裝置由裝置本體5、信號(hào)源及超聲波發(fā)生器8、顯微成像系統(tǒng)4、生成微氣泡的微流控裝置2、連接超聲波發(fā)生器及信號(hào)源和碟形片超聲波換能器的電源線7等幾部分組成。其中超聲波換能器安裝在一個(gè)特殊加工的透明長方體玻璃箱5內(nèi)，玻璃箱六個(gè)面均挖空并鑲嵌上一片碟形片超聲波換能器6，通過密封膠密封，保證超聲波換能器與玻璃箱連接處的密封性，頂部開有微氣泡導(dǎo)入及液體注入孔9;信號(hào)源及超聲波發(fā)生器8，產(chǎn)生的超聲波頻率在20kHz到2MHz范圍內(nèi)。實(shí)例中用氮?dú)饣蚩諝庾鳛槲馀萆蓺庠础?br>[0019]六個(gè)碟形片超聲波換能器分別連接超聲波發(fā)生器，并組成兩兩相對的三組，連接三個(gè)雙通道信號(hào)源，利用一對同頻超聲波形成的超聲波駐波對微氣泡的約束作用，控制微氣泡單方向的運(yùn)動(dòng)。
[0020]將六個(gè)面均鑲嵌碟形片超聲波換能器的玻璃箱清潔干凈后，放置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)I上，并注滿去離子水。首先用微流控裝置(包括微流控芯片、氣罐、精密注射栗和若干微細(xì)導(dǎo)管和醫(yī)用注射器)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需尺寸的微氣泡，微氣泡的直徑在1.5μπι到150μπι之間。用微細(xì)導(dǎo)管連接微流控芯片的微氣泡輸出通道，將生成的微氣泡通過微氣泡輸出導(dǎo)管3導(dǎo)入玻璃箱目標(biāo)區(qū)域中，可通過顯微鏡成像系統(tǒng)觀察到目標(biāo)區(qū)域是否存在微氣泡。
[0021]確定目標(biāo)區(qū)域中存在所需的微氣泡后，根據(jù)微氣泡大小選定合適的超聲波頻率，然后啟動(dòng)超聲波發(fā)生裝置。等聲場穩(wěn)定后，會(huì)發(fā)現(xiàn)微氣泡被約束在一對同頻超聲波形成的超聲波駐波內(nèi)。通過雙通道信號(hào)源調(diào)整兩個(gè)相對超聲波之間的相位差，可以控制駐波場的運(yùn)動(dòng)，從而間接控制微氣泡的運(yùn)動(dòng)。利用三個(gè)正交超聲波對的協(xié)同作用，就可以實(shí)現(xiàn)微氣泡在三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)控制。
[0022]綜上，本實(shí)用新型提出了一種全新的控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置，采用超聲波可以驅(qū)動(dòng)微氣泡運(yùn)動(dòng)，并且能有針對性地對微氣泡的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，控制過程簡單易操作。
[0023]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于超聲波控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征在于:包括微流控裝置、微氣泡輸出導(dǎo)管、顯微成像系統(tǒng)、裝置本體和超聲波發(fā)生器； 所述的裝置本體呈箱體狀，在箱體的六個(gè)面上設(shè)置有超聲波換能器，所述的超聲波換能器連接至超聲波發(fā)生器;在所述箱體開有微孔，用于微氣泡的導(dǎo)入，微氣泡輸出導(dǎo)管的一端與該微孔連接，另一端與微流控裝置連接;所述的箱體正上方還裝有用于觀測微氣泡運(yùn)動(dòng)的顯微成像系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲波控制微氣泡運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征在于:所述的箱體采用玻璃箱，在玻璃箱注有去離子水。
【文檔編號(hào)】A61N7/00GK205494701SQ201620129722
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月21日
【發(fā)明人】項(xiàng)素娟, 包福兵, 凃程旭, 林建忠, 尹招琴
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院