一種用超聲波控制微氣泡運動的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制微氣泡運動的方法，尤其涉及一種用超聲波控制微氣泡運動的方法，屬于流體機械領(lǐng)域。
【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，微氣泡被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、石油、環(huán)境、采礦、化工、動力、冶金、核能等領(lǐng)域。
[0003]超聲波是一種頻率超過20kHz的機械疏密波，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入人體內(nèi)，通過對微氣泡運動的控制使微氣泡到達目標(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]對微氣泡運動的精準(zhǔn)控制可以為微氣泡應(yīng)用于藥物輸運、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動控制的研究還很少，針對現(xiàn)有實際情況和對微氣泡運動控制的需求，本發(fā)明提出一種用超聲波精準(zhǔn)控制微氣泡運動的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有對微氣泡運動進行控制技術(shù)的缺乏，提出了一種控制微氣泡運動的方法。該方法是一種全新的控制微氣泡運動的方法，采用超聲波對微氣泡在液體中的運動進行控制，簡單易操作。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用超聲波控制微氣泡運動的方法。整個裝置由超聲控制部件、信號源及超聲波發(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特殊加工的透明長方體玻璃箱內(nèi)，玻璃箱六個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)。
[0007]玻璃箱放置于載物臺上，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導(dǎo)管從微流控芯片中引入到玻璃箱中。六個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，分別連接三個雙通道信號源，控制微氣泡三個方向的運動。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，具備進行下一步超聲控制微氣泡的實驗條件后，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。通過控制信號源兩個通道信號的相位差，可以控制一組超聲波的駐波移動，從而導(dǎo)致駐波里微氣泡跟隨駐波運動，實現(xiàn)控制微氣泡運動的目的。協(xié)同三組信號源相位的控制，就可以實現(xiàn)微氣泡在三個方向上的運動。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:
1、本發(fā)明提出用超聲波控制微氣泡運動的方法，是一種全新的控制微氣泡運動的理念，現(xiàn)有的技術(shù)中還不存在利用超聲波對微氣泡的運動進行精確控制的方法。在醫(yī)學(xué)中，微氣泡可以作為一種載體，攜帶藥物或基因通過靜脈注射進入人體內(nèi)，若能采用本發(fā)明所描述的超聲波控制微氣泡運動的方法對人體內(nèi)的微氣泡進行精準(zhǔn)控制，則能控制微氣泡攜帶藥物到目標(biāo)病變組織再進行藥物釋放，能夠進行精準(zhǔn)治療，最大程度地降低藥物的副作用。
[0009]2、本發(fā)明提出的控制微氣泡運動的方法，除了可以控制微氣泡運動，也可以控制各種微納顆粒。該方法容易集成化，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】
[0010]圖1是超聲波微氣泡控制裝置示意圖；
圖2是超聲控制部件不意圖；
圖中:1、實驗臺，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、超聲控制部件:六面均鑲嵌有碟形片超聲換能器的玻璃箱，6、碟形片超聲波換能器，7、連接超聲波發(fā)生器及信號源和碟形片超聲波換能器的電源線，8、信號源及超聲波發(fā)生器，9、微氣泡導(dǎo)入及液體注入孔。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，以超聲波控制微氣泡在水中的運動為實例，本發(fā)明的具體實施方案為:
整個裝置由超聲控制部件5、信號源及超聲波發(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。其中超聲控制部件安裝在一個特殊加工的透明長方體玻璃箱5內(nèi)，玻璃箱六個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)。實例中用氮氣或空氣作為微氣泡生成氣源。
[0012]六個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，連接三個雙通道信號源，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動。
[0013]將六個面均鑲嵌碟形片超聲波換能器的玻璃箱清潔干凈后，放置于實驗臺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導(dǎo)管和醫(yī)用注射器)產(chǎn)生實驗所需尺寸的微氣泡，微氣泡的直徑在1.5μπι到150μπι之間。用微細導(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。
[0014]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，然后啟動超聲波發(fā)生裝置。等聲場穩(wěn)定后，會發(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)。通過雙通道信號源調(diào)整兩個相對超聲波之間的相位差，可以控制駐波場的運動，從而間接控制微氣泡的運動。利用三個正交超聲波對的協(xié)同作用，就可以實現(xiàn)微氣泡在三個方向上的運動控制。
[0015]綜上，本發(fā)明提出了一種全新的控制微氣泡運動方法，采用超聲波可以驅(qū)動微氣泡運動，并且能有針對性地對微氣泡的運動進行精準(zhǔn)控制，控制過程簡單易操作。
[0016]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用超聲波控制微氣泡運動的方法，其特征在于:將六個面均鑲嵌碟形片超聲波換能器的玻璃箱清潔干凈后，放置于實驗臺上，并注滿去離子水，用微流控裝置產(chǎn)生所需尺寸的微氣泡，將生成的微氣泡通過微氣泡輸出導(dǎo)管導(dǎo)入玻璃箱目標(biāo)區(qū)域中，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； 確定目標(biāo)區(qū)域中存在所需的微氣泡后，根據(jù)微氣泡大小選定的超聲波頻率，然后啟動超聲波發(fā)生裝置;等聲場穩(wěn)定后，微氣泡將被約束在一對同頻超聲波形成的超聲波駐波內(nèi)；通過雙通道信號源調(diào)整兩個相對超聲波之間的相位差，控制駐波場的運動，從而間接控制微氣泡的運動;利用三個正交超聲波對的協(xié)同作用，實現(xiàn)微氣泡在三個方向上的運動控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用超聲波控制微氣泡運動的方法，其特征在于:微氣泡的直徑在I.5μηι到150μηι之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用超聲波控制微氣泡運動的方法。本發(fā)明通過雙通道信號源調(diào)整兩個相對超聲波之間的相位差，控制駐波場的運動，從而間接控制微氣泡的運動。利用三個正交超聲波對的協(xié)同作用，實現(xiàn)微氣泡在三個方向上的運動控制。本發(fā)明提出的控制微氣泡運動的方法，除了可以控制微氣泡運動，也可以控制各種微納顆粒。該方法容易集成化，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。
【IPC分類】A61N7/00
【公開號】CN105617542
【申請?zhí)枴緾N201610093147
【發(fā)明人】包福兵, 項素娟, 凃程旭, 林建忠, 尹招琴
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月21日