음향 부상 시스템에서 Nonspherical Bubble Oscillations에 의한 마이크로스트리밍 유도

기포에 의한 기계적 작용에 대한 이해는 많은 엔지니어링 및 치료 응용 분야에서 매우 중요합니다. 버블 진동과 주변의 유도 흐름을 제어하는 것은 여전히 어려운 작업입니다. 제안된 기술은 음향 부상기에 갇힌 단일 기포의 형상 진동을 제어할 수 있습니다.

그런 다음 유도된 흐름이 시각화되고 기포 역학과 상관됩니다. 초음파 치료 응용 실험실의 학생 인 Estelle Mezianai가 절차를 시연 할 것입니다. 레이저의 초점점이 물 탱크 내부에 위치하도록 발진기의 물 탱크를 배치하여 기포 생성을 시작하여 5-10 밀리 줄 레이저 펄스마다 스파크가 발생합니다.

초음파 변환기를 켜고 적용된 전압을 높이십시오.tage 기포가 더 이상 수직으로 상승하지 않고 압력 반대 노드쪽으로 벗어나 갇히게 될 때까지. 백라이트 조명을 연속 발광 다이오드로 설정하고 갇힌 기포를 관찰할 수 있도록 고속 카메라를 선택합니다. 버블을 트래핑하고 방사형 진동을 캡처하려면 프레임 크기를 128 x 128 픽셀로 설정하고 획득 속도를 180킬로헤르츠로 설정합니다.

적용된 변환기 전압이 0V에서 8V로 증가하는 상태에서 3밀리초에서 30밀리초까지 기포 방사형 진동을 기록합니다. 마지막 녹음 후 초음파 변환기를 끄고 사후 분석을 위해 배경 이미지 하나를 캡처합니다. 비디오 시리즈의 사후 처리를 위해 VoltagePressure를 실행합니다.

exe 파일. 물리적 및 실험적 매개변수와 일련의 기록에 대한 인가 전압 값을 지정합니다. 버블 반경 분석 패널에서 매개변수 로드를 클릭하고 모든 비디오 시리즈 및 배경 이미지 파일이 포함된 폴더를 선택합니다.

각 비디오 파일에 대해 버블 반경의 진화가 하나의 음향 기간에 걸쳐 그려지고 숫자 맞춤이 중첩됩니다. 모든 비디오가 처리되면 선형 회귀를 클릭하여 압력 전압 곡선의 선형 피팅을 수행합니다. 데이터는 현재 디렉토리 내의 txt 파일에 저장됩니다.

기포 합체를 유도하려면 초음파 변환기를 켜고 적용된 볼륨을 설정하십시오.tage 해당 음향 압력이 표면 불안정성을 유발할 수 있도록 충분히 높게 기포를 핵으로 만든 다음 트래핑 위치로 이동합니다. 갇힌 기포가 구형 진동만 나타나면 새로운 레이저 스파크를 생성합니다. 새 기포가 트래핑 위치에 도달하면 유착이 발생합니다. 유착된 기포가 스파크 후 구형 진동만 나타내면 새 기포를 생성합니다.

그러나 비구형 변형이 발생하는 반경에 도달하기 위해 여러 합체가 필요할 수 있습니다. 합쳐진 기포가 구형이 아닌 진동을 나타내면 약 3-30 밀리 초 동안 기포 진동을 기록하고 그림을 사용하여 기포의 모양 진동의 모드 번호를 식별합니다. 유체 흐름 측정을 수행하려면 프레임 속도를 180킬로헤르츠로, 프레임 크기를 128 x 128픽셀로, 노출 시간을 1마이크로초로 설정하여 버블 인터페이스의 역학을 기록합니다.

염료 추적기의 움직임을 기록하려면 프레임 크기를 1024 x 768 픽셀로, 프레임 속도를 600Hz로, 노출 시간을 1밀리초로 설정합니다. 조명된 입자가 카메라에 보이도록 레이저 시트의 위치를 조정하고 그림과 같이 거품을 핵으로 만들고 가둡니다. 레이저 시트의 위치를 추가로 조정하여 기포 뒤에 그림자가 보이도록 하고 안정적으로 진동하는 모양 모드가 분명해질 때까지 기포 합체를 유도합니다.

그런 다음 여러 녹음을 수집하여 버블 다이내믹스와 마이크로 스트리밍 사이를 전환합니다. 이미지 처리 및 분석을 위해 캡처된 파티클 모션이 포함된 시네 파일을 이미지 J로 가져오고 이미지, 조정, 밝기, 대비 및 자동을 클릭합니다. 자동으로 최적화된 이미지가 어두운 배경을 대체합니다.

결과 패턴을 표시하려면 이미지, 스택 및 Z 투영을 클릭하고 이미지 투영에 대한 최대 강도 옵션을 선택합니다. 스택의 모든 이미지에 대해 최대값을 포함하는 픽셀이 있는 출력 이미지가 표시됩니다. 여기에 표시된 것은 관찰할 수 있는 시간 안정 대칭 제어 비구형 진동으로 이어지는 완전한 기포 합체 시퀀스입니다.

두 개의 구형 진동 기포의 접근 단계는 두 기포 사이의 얇은 액체 필름이 파열될 때 끝납니다. 합체의 순간 후에, 복잡한 형상을 가진 비 구형 진동을 나타내는 단일 기포가 남아 있으며, 이는 동적 시스템의 여기에 따른 일시적인 진동 체제에 해당합니다. 12에서 100 음향 기간 후에 진동 모양은 정상 상태 진동으로 안정화됩니다.

기포가 갇히고 일정한 모양의 진동을 나타내면 기포 부근 내에서 형광 추적자의 움직임을 캡처할 수 있습니다. 형상 진동이 발생하면 기포 계면 부근에서 액체 운동이 발생합니다. 음향 시간 척도에서 기포 계면의 역학과 더 낮은 시간 척도에서 입자의 움직임에 대한 대안적인 기록은 주어진 형상 모드 번호에 대한 마이크로 스트리밍 패턴의 상관 관계를 허용합니다.

버블 인터페이스의 다이내믹에 보조 모드가 포함된 경우 특정 패턴을 생성하는 모드 간의 다중 상호 작용으로 인해 마이크로 스트리밍 흐름이 크게 수정될 수 있습니다. 흐름 패턴을 주어진 모양 진정제에 안전하게 연결하려면 거품 역학과 흐름 동작을 번갈아 캡처해야 한다는 것을 기억하십시오. 이러한 발견은 형질전환 매개 약물 전달과 같은 신경병증 응용 분야에서 실용적일 수 있습니다.

실제로, 음향 기포는 세포막에 흐름에 의한 순전한 응력을 가하여 투과를 유도하는 것으로 알려져 있습니다.