專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用超聲分離懸浮顆粒的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可分離液體或氣體中微粒的，特別是分離血球和血漿的裝置。
目前，在需要分離血細(xì)胞和血漿的場(chǎng)合，多采用的是離心分離裝置，但該裝置非常復(fù)雜，價(jià)格昂貴，且容易造成對(duì)血細(xì)胞的損害。
70年代，有人發(fā)現(xiàn)超聲駐波場(chǎng)有利于加速血細(xì)胞在血漿中的沉降速度，并試圖據(jù)此建立一種血細(xì)胞分離方法。美國(guó)專(zhuān)利4055491號(hào)所記載的就是其中一例。但是根據(jù)該專(zhuān)利所公開(kāi)的方案(盛血容器厚度為1a，超聲頻率2.7NHz)，超聲反射波由于血液的衰減在到達(dá)換能器附近的區(qū)域后，強(qiáng)度僅為發(fā)射強(qiáng)度的1/1013，因此已失去了分離血液的起碼條件，更談不上運(yùn)用于臨床了。
本發(fā)明的目的在于提供一種安全、快速、實(shí)用、高效、大量、價(jià)廉的分離裝置，該裝置能夠從媒體(液體或氣體)中分離出懸浮顆粒。
本發(fā)明的原理基于下述發(fā)現(xiàn)懸浮顆粒在水平傳播的聲或超聲駐波場(chǎng)中將聚集成以超聲的半波長(zhǎng)為空間周期的一層層聚集帶，繼而由于重力而沉降，與媒體分離。
本發(fā)明的裝置包括超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路，超聲換能器T，用于反射超聲的與換能器形狀相同的反射容器，以及相同形狀的用于盛待分離媒體(分離氣相物質(zhì)時(shí)可不需要)的容器。其特征在于采用園弧形或園柱形的換能器，和相同形狀的反射容器，在待分離媒體的空間區(qū)域產(chǎn)生柱面超聲駐波。

圖1是一個(gè)最佳實(shí)施例的裝置排布圖。20是圓柱形換能器，30是盛血液的容器，40是同心放置的反射容器。換能器發(fā)出的超聲波是柱面波，遇反射容器器壁將反射，而反射波是朝向圓心方向匯聚的，因此與發(fā)射波在血液中的衰減作用可相互補(bǔ)償，所以可以保證盛血液容器區(qū)域的駐波場(chǎng)均勻。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)保證了分離的高效率。這意味著，在較小的換能器面積下，可得到較大范圍的超聲駐波場(chǎng)，從而獲得了快速、大量的效果。例如，在驅(qū)動(dòng)功率為100W、換能器直徑為1cm至3cm的條件下，本發(fā)明的裝置可在3min內(nèi)分離數(shù)百毫升血液，完全可滿(mǎn)足臨床之需。第二，本裝置特別適用于血液分離，由于盛血容器內(nèi)聲場(chǎng)均勻，所以能夠采用較小的功率分離血細(xì)胞，從而使它們免受不必要的超聲輻射，提高血液制品的質(zhì)量。
下面將結(jié)合二個(gè)實(shí)施例具體介紹本發(fā)明。
圖1所示為采用圓管式換能器的本發(fā)明裝置。該裝置設(shè)計(jì)用于血液分離，因此需要一個(gè)容器30，容器的材料應(yīng)選用與血液的聲阻盡可能一致的材料，例如聚乙烯或聚氯乙烯。超聲換能器的高度為5cm，直徑為2cm，采用厚度振動(dòng)模式，頻率為2.0MHz。血容器30的高度h略高于5cm，夾層的厚度為2.5cm。內(nèi)徑r1＝9.7cm，外徑r2＝12.2cm。這樣每次可分離的血量U＝(12.22-9.72)πh＝860ml。
盛血容器30在頂部有出口31，以便其中的氣體在注入血液時(shí)排出。
容器40為反射容器，應(yīng)選用與其中媒介(例如水)的聲阻差別盡量大的材料，本實(shí)施例選擇了不銹鋼。
顯然，為了能夠產(chǎn)生駐波場(chǎng)，反射板與換能器的距離應(yīng)該為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。在本實(shí)施例所選定的頻率下，反射板內(nèi)壁與換能器軸心的距離為14cm。
換能器的驅(qū)動(dòng)電路10選用它激式高頻功放電路。圖2是其原理圖。功放器件選用了TMOS，選用開(kāi)關(guān)式的工作方式。
當(dāng)容器30中的血液中的超聲強(qiáng)度達(dá)到0.2m/cm2左右時(shí)，在3分鐘甚至更短的時(shí)間里，即可完成860ml血液的分離。分離后的血細(xì)胞可以經(jīng)由血容器30上的出口32排出。
圖3是上述裝置的剖視圖。
本實(shí)施例的分離裝置還可以用于制藥工藝，食品工業(yè)等方面。
實(shí)施例2圖4所示為本發(fā)明一種除塵裝置的示意圖。
超聲柱面聲波具有極好的對(duì)稱(chēng)性，在水平面不存在水平方向的旁瓣，因而沒(méi)有多次反射帶來(lái)的干擾，因此比平面波的分離效果好得多。這對(duì)于處理氣體非常有意義。
如圖4所示，本分離裝置由換能器驅(qū)動(dòng)電路(與實(shí)施例1的相同)10、園柱形換能器20、緩沖層80、采集容器50、不銹鋼反射板90等構(gòu)成。
待處理的氣體90由入口導(dǎo)管61進(jìn)入緩沖區(qū)80，再進(jìn)入分離區(qū)70。微塵在分離區(qū)受到駐波場(chǎng)的作用后，形成團(tuán)塊，隨后下沉，被采集容器50收集。氣體則經(jīng)分離區(qū)至緩沖區(qū)80，然后從出口81排出。為了避免氣體在流動(dòng)中產(chǎn)生擾動(dòng)也可加多個(gè)入口和出口。當(dāng)然也可以采用斷續(xù)式分離，這樣可以省去緩沖區(qū)80。
園管形換能器20同心地置于園筒形分離區(qū)中。在換能器外，還設(shè)置了一定厚度的匹配層201，目的是提高有效的分離空間，同時(shí)也可減小氣體中的腐蝕性物質(zhì)對(duì)換能器的腐蝕。
換能器20的工作頻率視氣體中顆粒大小而定。顆粒愈小頻率應(yīng)愈高。例如，氣體中的顆粒物為碳墨微粒，其直徑φ＝1μa至10μa，則換能器的最佳聲頻率為21KHz。一般說(shuō)來(lái)，在這樣的頻率下，換能器20可在徑向振動(dòng)的模式下工作。
上面介紹了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但對(duì)其作一些變動(dòng)仍屬于本發(fā)明的構(gòu)思。例如，換能器由園管形變?yōu)閳@弧形，仍然能夠產(chǎn)生柱面波，只要配以相同形狀的反射板，同樣能夠使反射波向園心的匯聚作用補(bǔ)償反射波在血中的衰減。同樣在平板式換能器之前加一柱面聲透鏡也可以形成柱面波進(jìn)而進(jìn)行分離。實(shí)施例1中的盛血容器上用于血細(xì)胞流出的口可以設(shè)置在最底部。媒介物的選擇也多種多樣，只要求該媒介的聲阻與盛血容器的聲阻盡量一致。滿(mǎn)足該條件的最普通的有水、5%NaCl溶液等。反射板的材料也可以是鐵、銅、鋁等金屬材料。
權(quán)利要求
1.一種用于分離血液的裝置，包括一個(gè)換能器驅(qū)動(dòng)電路，換能器，反射容器，血容器，其特征在于換能器是能夠產(chǎn)生柱面波的園弧形或園管形換能器，反射容器及血容器與換能器有同樣的形狀，三者同心地放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于血容器為聚乙烯材料制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于血容器為聚氯乙烯材料制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于反射容器為不銹鋼材料制作。
5.一種用于從氣相媒體中分離微粒的裝置，包括一個(gè)換能器驅(qū)動(dòng)電路、一個(gè)匹配層和一個(gè)反射板構(gòu)成，其特征在于換能器為能夠產(chǎn)生柱面聲波的園柱形或園弧形換能器，匹配層與反射板與換能器具有相同的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于匹配層為環(huán)氧樹(shù)脂材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，反射板是不銹鋼板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用聲波駐波場(chǎng)將微粒從氣相或液相媒體中分離的裝置。該裝置包括一個(gè)換能器驅(qū)動(dòng)電路，一個(gè)換能器，和一個(gè)反射板(如果系用于液相媒體分離，則需要盛放液體的容器)。其特征在于換能器采用圓柱形或圓弧形結(jié)構(gòu)，反射板也采用同樣結(jié)構(gòu)，兩者同心放置，于是在兩者之間的區(qū)域存在一個(gè)駐波聲場(chǎng)，由于反射波具有向圓心方向的匯聚作用，從而補(bǔ)償了反射波在血液中的衰減。結(jié)果表明，本發(fā)明的裝置在較小的驅(qū)動(dòng)功率下，可完成有實(shí)用價(jià)值的分離工作(例如血液分離)。
文檔編號(hào)B01J19/10GK1069668SQ91105848
公開(kāi)日1993年3月10日 申請(qǐng)日期1991年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月27日
發(fā)明者王曉慶, 羅致誠(chéng) 申請(qǐng)人:北京協(xié)海醫(yī)學(xué)科技開(kāi)發(fā)公司, 北京協(xié)昆醫(yī)學(xué)儀器有限公司