一種基于超聲波控制微氣泡運動的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于超聲波控制微氣泡運動的裝置。本實用新型包括微流控裝置、微氣泡輸出導管、顯微成像系統、裝置本體和超聲波發生器；所述的裝置本體呈箱體狀，在箱體的六個面上設置有超聲波換能器，所述的超聲波換能器連接至超聲波發生器；在所述箱體開有微孔，用于微氣泡的導入，微氣泡輸出導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動的顯微成像系統。本實用新型除了可以控制微氣泡運動，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，為微氣泡在醫學以及其他領域更深入的應用提供了可能性。
【專利說明】
一種基于超聲波控制微氣泡運動的裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于流體機械領域，涉及一種基于超聲波控制微氣泡運動的裝置。
【背景技術】
[0002]微氣泡特指直徑為幾微米到幾百微米范圍內的氣泡。近年來，有關微氣泡及其應用的研究已成為熱點，微氣泡被廣泛應用于醫學、石油、環境、采礦、化工、動力、冶金、核能等領域。
[0003]超聲波是一種頻率超過20kHz的機械疏密波，已經被廣泛應用于臨床診斷和治療。超聲診斷技術被公認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，已經成為最有效的超聲成像造影劑。隨著超聲醫學和分子生物學的不斷發展，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，通過對微氣泡運動的控制使微氣泡到達目標病變組織，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，微泡技術在靶向治療、介導基因治療、血栓溶解和腫瘤定向治療等方面具有極高的應用前景。
[0004]對微氣泡運動的精準控制可以為微氣泡應用于藥物輸運、靶向治療等醫學上及其他領域更深入廣泛的應用奠定基礎。而目前對于微氣泡運動控制的研究還很少。
【發明內容】
[0005]本實用新型針對現有技術的不足，提供一種基于超聲波控制微氣泡運動的裝置。
[0006]本實用新型包括微流控裝置、微氣泡輸出導管、顯微成像系統、裝置本體和超聲波發生器。
[0007]所述的裝置本體呈箱體狀，在箱體的六個面上設置有超聲波換能器，所述的超聲波換能器連接至超聲波發生器;在所述箱體開有微孔，用于微氣泡的導入，微氣泡輸出導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動的顯微成像系統。
[0008]進一步說，所述的箱體米用玻璃箱，在玻璃箱注有去尚子水。
[0009]本實用新型與現有技術相比，具有的有益效果是:
[0010]本裝置除了可以控制微氣泡運動，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，為微氣泡在醫學以及其他領域更深入的應用提供了可能性。
【附圖說明】
[0011]圖1是本裝置結構示意圖；
[0012]圖2是裝置本體示意圖；
[0013]圖中:1、實驗臺，2生成微氣泡的微流控裝置，3、微氣泡輸出導管，4顯微成像系統，
5、裝置本體，6、碟形片超聲波換能器，7、連接超聲波發生器及信號源和碟形片超聲波換能器的電源線，8、信號源及超聲波發生器，9、微氣泡導入及液體注入孔。
【具體實施方式】
[0014]本實用新型裝置由超聲控制部件、信號源及超聲波發生器、顯微成像系統、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，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。
[0015]玻璃箱放置于載物臺上，箱內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。通過顯微成像系統觀察確定目標區域有微氣泡存在，具備進行下一步超聲控制微氣泡的實驗條件后，打開超聲波發生器。超聲波頻率與被控制的微泡直徑相關，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，從而導致駐波里微氣泡跟隨駐波運動，實現控制微氣泡運動的目的。協同三組信號源相位的控制，就可以實現微氣泡在三個方向上的運動。
[0016]實施例:
[0017]如圖1和圖2所示，以超聲波控制微氣泡在水中的運動為實例，本實用新型的具體實施方案為:
[0018]整個裝置由裝置本體5、信號源及超聲波發生器8、顯微成像系統4、生成微氣泡的微流控裝置2、連接超聲波發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。其中超聲波換能器安裝在一個特殊加工的透明長方體玻璃箱5內，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，頂部開有微氣泡導入及液體注入孔9;信號源及超聲波發生器8，產生的超聲波頻率在20kHz到2MHz范圍內。實例中用氮氣或空氣作為微氣泡生成氣源。
[0019]六個碟形片超聲波換能器分別連接超聲波發生器，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。
[0020]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管和醫用注射器)產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管3導入玻璃箱目標區域中，可通過顯微鏡成像系統觀察到目標區域是否存在微氣泡。
[0021]確定目標區域中存在所需的微氣泡后，根據微氣泡大小選定合適的超聲波頻率，然后啟動超聲波發生裝置。等聲場穩定后，會發現微氣泡被約束在一對同頻超聲波形成的超聲波駐波內。通過雙通道信號源調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同作用，就可以實現微氣泡在三個方向上的運動控制。
[0022]綜上，本實用新型提出了一種全新的控制微氣泡運動的裝置，采用超聲波可以驅動微氣泡運動，并且能有針對性地對微氣泡的運動進行精準控制，控制過程簡單易操作。
[0023]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于超聲波控制微氣泡運動的裝置，其特征在于:包括微流控裝置、微氣泡輸出導管、顯微成像系統、裝置本體和超聲波發生器； 所述的裝置本體呈箱體狀，在箱體的六個面上設置有超聲波換能器，所述的超聲波換能器連接至超聲波發生器;在所述箱體開有微孔，用于微氣泡的導入，微氣泡輸出導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動的顯微成像系統。2.根據權利要求1所述的一種基于超聲波控制微氣泡運動的裝置，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】A61N7/00GK205494701SQ201620129722
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月21日
【發明人】項素娟, 包福兵, 凃程旭, 林建忠, 尹招琴
【申請人】中國計量學院