Name: enhancement method of surface acoustic wave-atomizer efficiency for olfactory display
Uploaded: 2018-11-14T14:30:00
Duration: 8 min 6 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Enhancement Method of Surface Acoustic Wave-Atomizer Efficiency for Olfactory Display at JoVE.com

Denne undersøgelse var delvist understøttet af JST Mirai program, tilskud antallet JPMJMI17DD.

Metoderne beskrevet her er blevet godkendt af Human forskning etiske udvalg af Tokyo Institute of Technology.
1. så enhed forberedelse og kontrol impedans
<ol><li>Forberede en 10 MHz så enheden på en LiNbO3 substrat [128o-roteret Y-cut, X formering, med 21 finger par en IDT (inter digitated transducer)], sammen med reflektorer er fremstillet af 32 finger par på IDT side, som vist i figur 1a. Bemærk: Figur 1b viser princippet om forstøvning. SAVEN er konverteret til en langsgående bølge på flydende slipværktøjet. Tåge er genereret på grund af akustiske streaming hvis SAVEN energi er tilstrækkeligt store. Bemærk: Sav enhed blev fabrikeret af fabrikanten ved hjælp af typiske foto litografi ifølge elektrode mønster, som forfatterne designet. Den piezoelektriske substrat nævnt ovenfor blev valgt på grund af en høj elektromekaniske kobling koefficient.</li>
	<li>Montere SAW enheden ved hjælp af aluminiumsfolie og ledende pasta på et trykt kredsløb lavet af aluminium (designet for denne enhed, så) hvor SMA stik er tilsluttet (figur 2). Bemærk: En printplade lavet af aluminium er effektiv for varmestråling.</li>
	<li>Måle frekvensen karakteristisk for impedans ved hjælp af en network analyzer. SAW enheden er tilsluttet analyzer via en coaxial kabelforbindelsen fra den trykte kredsløb. Frekvens egenskaber bør vise frekvenser hvor imaginære dele af enheden optagelse gå til nul, som er så enhed resonans frekvenser. Bemærk: Når akustiske tab i enheden er stort, forstøvning ikke forekommer. Den akustiske tab kan kontrolleres ved at måle frekvens, der kendetegner impedans. Når SAVEN enhed er belagt med Teflon film, forskellen mellem frekvens egenskaber før og efter belægning bør overvåges for at kontrollere, om filmen er alt for tyk.</li>
</ol>2. silanisering
<ol><li>Forberede amino-baserede silan kobling agent (3-ahhminopropyltriethoxy silan). Justere dets koncentration på 0,5% (v/v) i vand ved hjælp af en pipette. Bemærk: Silanisering er obligatoriske at forbedre vedhæftning af amorf Teflon belægning. Teflon belægning fjernes under forstøvning, hvis silanisering ikke udføres.</li>
	<li>Ren overfladen af SAW enheden ved hjælp af en vatpind vædet med acetone.</li>
	<li>Indstil enheden på en dukkert coater (figur 3). Bemærk: En printplade SAW enhed fastsættes ved hjælp af stopning tape er knyttet til dip coater, da tykkelsen af SAW enhed (0,5 mm) er for tynd til at være knyttet til dip coater direkte.</li>
	<li>Træk ned enheden, så området forstøvning kan være nedsænket i løsning ved en hastighed på 0,2 mm/s. holde enheden i løsning i 5 min.</li>
	<li>Trække op enhed med en hastighed på 1,7 mm/s. holde enheden i luften i 5 min.</li>
	<li>Skylle enhed i rent vand i 1 min.</li>
	<li>Holde enheden i luften i 30 min.</li>
</ol>3. amorfe Teflon belægning
<ol><li>Forberede amorfe Teflon materiale og solvens til fortynding. Justere koncentrationen af de amorfe Teflon løsning til 3% (v/v) ved hjælp af opløsningsmidlet.</li>
	<li>Indstil enheden på en dukkert coater (figur 3). Bemærk: Dip belægning blev vedtaget her, da den ensartet belægning er uundværlig. Ru belægning samt belægning, der er for tyk kan medføre forringelse af forstøvning effektivitet på grund af SAW dæmpning.</li>
	<li>Træk ned enheden, så forstøvning område er nedsænket i løsning ved en hastighed på 0,2 mm/s. holde enheden i løsning for 15 s.</li>
	<li>Trække op enhed med 1,7 mm hastighed/s. holde enheden i luften i 5 min.</li>
	<li>Træk ned enheden, så forstøvning område er nedsænket i løsning ved en hastighed på 0,2 mm/s. holde enheden i løsning for 15 s.</li>
	<li>Trække op enhed med 1,7 mm hastighed/s. holde enheden i luften i 30 min.</li>
	<li>Bage enhed ved 180 ° C i 60 min bruger en varm tallerken. Bemærk: Tykkelsen af belægningen var ca 400 nm ifølge kvarts krystal microbalance (QCM) måling.</li>
</ol>4. eksperimentelle Set-up til forstøvning
<ol><li>Mount enheden SAVEN på en printplade. Bemærk: Da tykkelsen af SAW enhed er 0,5 mm, kan det være let i stykker. Det er således nødvendigt at støtte det mekanisk.</li>
	<li>Måle frekvensen karakteristiske af SAW enhed impedans ved hjælp af en network analyzer. SÅ enheden er tilsluttet analyzer via en coaxial kabelforbindelsen af trykte kredsløb bestyrelsen. Frekvens egenskaber bør vise frekvenser hvor imaginære dele af enheden optagelse gå til nul, som er så enhed resonans frekvenser Bemærk: Kontroller RF dæmpning på SAVEN enhed. Tabet af SAW enhed øger når det er uhensigtsmæssigt belagt. Denne stigning i tab opstår typisk på grund af belægning uensartethed eller overdreven tykkelsen af belægningen; således skal impedans egenskaber før og efter belægning sammenlignes. Forstøvning kan ikke udføres, hvis SAVEN dæmpning er for meget.</li>
	<li>Tilslut så enheden til en funktionsgenerator gennem en RF power forstærker.</li>
	<li>Indstille bølgeform af RF burst signalet på en funktionsgenerator (figur 4a). Burst signalet til så-enheden skal være en sinusbølge, og dets normeret maksimalydelse bør være 10%. Bølge frekvens skal også indstilles til SAW enhed resonansfrekvens fremstillet af impedans karakteristiske målinger.</li>
	<li>Tilslut en burst firkantet bølge generator til en magnetventil [dvs., mikro-dispenser gennem en drivende kredsløb (figur 5)] således at en 24 V puls signal kan leveres til dispenser, der også er nævnt i diskussionen18, 19. Tip: For drivende magnetventiler, en transistor array er praktisk. Op til otte solenoid kan ventiler køres ved hjælp af matrixen transistor i denne undersøgelse.</li>
	<li>Sæt mikro-pumpen at anvende pres til at flyde væske til mikro-dispenser (figur 5). Mikro-pumpe understøtter selvansugende evne til mikro-dispenser20.</li>
	<li>Bruge et infrarødt termometer til at måle temperaturen i SAW enheden, hvis det er nødvendigt. Bemærk: Temperatur på enhedens SAW overflade typisk når omkring 45 ° C, når RF burst signal (85 Vp-p og 10% duty cycle) anvendes i 5 min.</li>
</ol>5. forstøvning
<ol><li>Sætte væsken (dvs., duft eller kemiske fortyndet med ethanol) i et hætteglas.</li>
	<li>Indstille bølgeform af puls signalet anvendes på en mikro-dispenser (figur 4b). Puls signal er en firkantet bølge puls sekvens med en 10% intermittens og genereres med en funktionsgenerator.</li>
	<li>Anvende puls signal til mikro-dispenser til jet en flydende droplet SAW enhed18. Da en enkelt dråbe fra mikro-dispenser er kun et par nanoliters, en pulse sekvens er nødvendig for at danne et større slipværktøj til forstøvning.</li>
	<li>Gælde RF burst signalet så enheden til at forstøve flydende dråber17. Burst signalet er anvendt fra en funktionsgenerator gennem en forstærker efter dannelsen af de flydende dråber. Signalet skal anvendes, så længe vapor er stadig genereres fra forstøvning proces. Bemærk: RF burst signal bruges til at justere den gennemsnitlige RF power. SÅ enheden kan have et knæk hvis RF power er meget større end 2 W.</li>
	<li>Observere overfladen af SAW enhed til at inspicere de resterende flydende slipværktøj.</li>
	<li>Udføre den samme procedure som i trin 4.1-4.7 og 5.1-5.5 til en nøgne så enhed. Så Undersøg mængden af resterende flydende slipværktøj på bestrøget bærematerialet med der fra bare ét.</li>
</ol>6. opdage dufte
<ol><li>Sætte væsken i et hætteglas, som gjort i trin 5.1.</li>
	<li>Justere højden på SAVEN forstøver ved hjælp af en donkraft, så dens højde er lig med deltagerens næse.</li>
	<li>Dispensere væske på SAW-enhed.</li>
	<li>Tænd ventilatoren.</li>
	<li>Give deltageren til at opdage duften. Bemærk: Forfatterne gjorde den sensoriske test i stedet for VOC analyzer brugt i det foregående arbejde siden opfattes støtteintensiteten snarere end damp koncentration bør evalueres.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Yanagida, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+survey+of+olfactory+displays:+Making+and+delivering+scents.">A survey of olfactory displays: Making and delivering scents.</a> IEEE Sensors. , 1-4 (2012).</li><li>Yamada, T., Yokoyama, S., Tanikawa, T., Hirota, K., Hirose, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+Olfactory+Display:+Using+Odor+in+Outdoor+Environment.">Wearable Olfactory Display: Using Odor in Outdoor Environment.</a> IEEE Virtual Reality. , 199-206 (2006).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+X-Y+addressablematrix+odor-releasing+system+using+an+on-off+switchable+device.">An X-Y addressablematrix odor-releasing system using an on-off switchable device.</a> Angewandte Chemie. 123 (30), 6903-6907 (2011).</li><li>Amores, J., Maes, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Essence:+olfactory+interfaces+for+unconscious+influence+of+mood+and+cognitive+performance.">Essence: olfactory interfaces for unconscious influence of mood and cognitive performance.</a> CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , 28-34 (2017).</li><li>Dobbelstein, D., Herrdum, S., Rukzio, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=inScent:+A+Wearable+Olfactory+Display+as+an+Amplification+for+Mobile+Notifications.">inScent: A Wearable Olfactory Display as an Amplification for Mobile Notifications.</a> International Symposium on Wearable Computers. , 28-34 (2017).</li><li>Hasegawa, K., Qiu, L., Shinoda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Midair+Ultrasound+Fragrance+Rendering.">Midair Ultrasound Fragrance Rendering.</a> IEEE Transaction ON VISUALIZATION AND COMPUTER GRAPHICS. 24 (4), 1477-1485 (2018).</li><li>Nakamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Essentials of machine olfaction and taste. , 247-314 (2016).</li><li>Nakamoto, T., Yoshikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Movie+with+scents+generated+by+olfactory+display+using+solenoid+valves.">Movie with scents generated by olfactory display using solenoid valves.</a> Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. E89-A (11), 3327-3332 (2006).</li><li>Nakamoto, T., Otaguro, S., Kinoshita, M., Nagahama, M., Ohnishi, K., Ishida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooking+up+an+interactive+olfactory+game+display.">Cooking up an interactive olfactory game display.</a> IEEE Computer Graphics and Application. 28 (1), 75-78 (2008).</li><li>Nakamoto, T., Minh, P. H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improvement+of+olfactory+display+using+solenoid+valves.">Improvement of olfactory display using solenoid valves.</a> Proceedings of IEEE Virtual Reality Annual International Symposium. , 171-178 (2007).</li><li>Hashimoto, K., Nakamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tiny+Olfactory+Display+Using+Surface+Acoustic+Wave+Device+and+Micropumps+for+Wearable+Applications.">Tiny Olfactory Display Using Surface Acoustic Wave Device and Micropumps for Wearable Applications.</a> IEEE Sensors Journal. 16 (12), 4974-4980 (2016).</li><li>Beyssen, D., Brizoual, L. L., Elmazria, O., Alnot, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+device+based+on+surface+acoustic+wave.">Microfluidic device based on surface acoustic wave.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 118 (1-2), 380-385 (2006).</li><li>Wixforth, A., Strobl, C., Gauer, C., Toegl, A., Scriba, J., Guttenberg, Z. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+manipulation+of+small+droplets.">Acoustic manipulation of small droplets.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 379 (7-8), 982-991 (2004).</li><li>Heron, S. R., Wilson, R., Shaffer, S. A., Goodlett, D. R., Cooper, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Acoustic+Wave+Nebulization+of+Peptides+as+a+Microfluidic+Interface+for+Mass+Spectrometry.">Surface Acoustic Wave Nebulization of Peptides as a Microfluidic Interface for Mass Spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 82 (10), 3985-3989 (2010).</li><li>Kurosawa, M., Watanabe, T., Higuchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+acoustic+wave+atomizer+with+pumping+effect.">Surface acoustic wave atomizer with pumping effect.</a> IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). , 25-30 (1999).</li><li>Shiokawa, S., Matsui, Y., Ueda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+streaming+and+droplet+formation+caused+by+leaky+Rayleigh+waves.">Liquid streaming and droplet formation caused by leaky Rayleigh waves.</a> Ultrasonics Symposium:Proceedings of the IEEE. 1, 643-646 (1989).</li><li>Li, H., Qi, G., Kato, S., Nakamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+and+Improvement+of+Atomization+Efficiency+based+on+SAW+Device+Coated+with+Amorphous+Fluoropolymer+Film+for+Olfactory+Display.">Investigation and Improvement of Atomization Efficiency based on SAW Device Coated with Amorphous Fluoropolymer Film for Olfactory Display.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 263 (15), 266-273 (2018).</li><li>Kato, S., Nakamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+system+of+micro+droplet+using+micro-dispenser+based+on+solenoid+valve+and+its+application+for+highly+efficient+SAW+atomizer.">Control system of micro droplet using micro-dispenser based on solenoid valve and its application for highly efficient SAW atomizer.</a> IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines. 138 (6), 220-225 (2018).</li><li>Itou, S., Iseki, M., Kato, S., Nakamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Olfactory+and+visual+presentation+using+olfactory+display+using+SAW+atomizer+and+solenoid+valves.">Olfactory and visual presentation using olfactory display using SAW atomizer and solenoid valves.</a> Proceedings of the 2018 Conference on Intelligent User Interface. , (2018).</li><li>Nakamoto, T., Ito, S., Kato, S., Qi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicomponent+olfactory+display+using+solenoid+valves+and+SAW+atomizer+and+its+blending-capability+evaluation.">Multicomponent olfactory display using solenoid valves and SAW atomizer and its blending-capability evaluation.</a> IEEE Sensors Journal. , (2018).</li><li>Kato, S., Nakamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Olfactory+Display+Based+on+Sniffing+Action.">Olfactory Display Based on Sniffing Action.</a> IEEE Conference on Virtual Reality. , (2018).</li></ol>

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

En af nøglekomponenterne i denne undersøgelse er mikro-dispenser lavet af en højhastigheds magnetventil ventil18,19. Figur 8a viser princippet i denne mikro-dispenser. Stemplet var drevet af en elektromagnetisk spole. Dens outlet er helt lukket af stemplet i OFF fase. Stemplet hurtigt bevæger sig at trække væske i front i løbet af en kort på fase, så det bevæger sig tilbage til den oprindelige placering og jets en lille flydende droplet fra en blænde af magnetventil, som er drevet af det kredsløb, der er vist i fig. 8b. Mængden af en flydende droplet er et par nanoliters. Hyppigheden af ventilen er mellem 1 og 1000 Hz, dens minimum pulse bredde er 0,5 ms, og det virker meget hurtigere end en typisk magnetventil. Den typiske afstand mellem blænde af en magnetventil og substratet var 15 mm. Denne undersøgelse viste, at mængden væske er nøjagtige og reproducerbare; Desuden er det robust mod bobler.
Lugt vedholdenhed kan reduceres drastisk på grund af amorf Teflon coatingwhen en olfaktoriske skærm baseret på en SAW forstøver bruges21. Det kan blive yderligere forbedret, når bruges en kanal dedikeret til at levere opløsningsmidler til substrat overfladen for rengøring.
Den kritiske trin i protokollen er manuelt justere excitation hyppigheden af forstøver, når det afviger fra den optimale. Dette burde automatisk udføres i fremtiden. En ændring fra den oprindelige protokol skulle omfatte silanisering proces siden Teflon belægning selv uden silanisering var forstøvede.
Der er to resterende problemer, der begrænser denne teknik, man bliver stående bølge problem. Stående bølge genereres, når refleksion opstår på kanten af underlaget. Da antinode og node vises med jævne mellemrum, bliver forstøvning svag på noden. Selv om vi bruger en silikonegel til at undertrykke den stående bølge, er det ikke tilstrækkeligt. Et bedre materiale til at absorbere den akustiske energi er nødvendig.
Den anden begrænsning er holdbarheden af Teflon belægning. Teflon belægning er delvist fjernet efter forstøvning en væske mange gange. Da den aktuelle tilstand for belægning ikke er blevet undersøgt udførligt, kan forfatterne optimere den for at forlænge holdbarheden af Teflon belægning.
Betydningen af protokollen med hensyn til eksisterende metoder er dog reduktion af resterende væske efter forstøvning på en overflade med belægning i forhold til uden belægning. Således lugt persistens reduceres drastisk som det er beskrevet andetsteds17. Bruger denne sav enhed, blev demonstration af olfaktoriske displayet udført. Den otte-komponent olfaktoriske display viser cassis, orange, whisky, og deres blanding blev præsenteret for en bruger med hovedet montere vises (figur 9)19. I denne situation en SAW enhed med den foreslåede belægning fungerer godt til at undertrykke lugt persistens, som ellers kan væsentligt forringes kvaliteten af duft præsentation.
Den teknik beskrevet her er vigtigt for olfaktoriske display. Derudover kan så forstøver anvendes til en forstøver til medicinsk brug og electrospray Ionisation for massespektrometri. Forstøvning effektivitet kræves også i disse programmer.

Selvom enheder for stimulerende visuelle og auditive sanser er populære, kan ikke vi præsentere alle fornemmelser, som vi opfatter; Vi kan dog normalt præsentere en sensation bruger kun disse to sanser. En olfaktoriske display er en gadget, der kan præsentere en duft, og det bruges i virtuel virkelighed, således at brugeren kan opfatte dufte1,2,3,4,5,6, 7. Da lugtesansen bidrager stærkt til følelser, er en olfaktoriske stimulus uundværligt for at styrke virkelighed. Vi har tidligere studeret film, animationer og spil med dufte8,9.
Flere forskere har studeret olfaktoriske skærme; for eksempel, har Yanagida studeret en duft-projektor, der leverer en duft til en bestemt person, selv når ingen omkring ham eller hende opfatter det1. Yamada et al. har undersøgt en lugt kilde lokalisering i virtuelle rum ved hjælp af en simpel normalfordelingsmetoden model af lugt koncentration2. Kim et al. har foreslået begrebet to-dimensionelle arrays af lugt-releasing enheder 3. Desuden har enkel wearable olfaktoriske skærme og ultralyd phased array til at styre retningen af disse dufte været foreslåede4,5,6.
Et af problemerne i olfaktoriske display er lugten persistens. En bruger kan afsløre lugten, selv efter det er beregnet til at blive ændret til luften eller en anden duft. Da det er at foretrække at skifte mellem dufte så hurtigt som muligt i virtual reality, bør lugt persistens problem undersøges.
Vi har studeret den olfaktoriske display med en funktion af blanding mange ingredienser. Vi har tidligere udviklet dette system ved hjælp af magnetventiler med højhastighedstog skifte10. Selv om det stabilt blander mange ingredienser, kunne vi ikke løse problemet med lugt persistens endnu. Således har vi siden udviklet olfaktoriske displayet ved hjælp af mikro-standere samt en SAW forstøver11. Selvom lignende teknikker har været brugt til at manipulere flydende dråber12,13,14, anvendte vi den til duft generation. SÅ enheden er velegnet til forstøvning flydende dråber, da det kan forstøve flydende dråber øjeblikkeligt15,16; Vi har dog konstateret, at små flydende slipværktøjer bo på en piezoelektriske substrat efter forstøvning. Disse små flydende slipværktøjer forårsage lugt persistens, selv om de fleste af væsken er forstøvede.
Typisk, en parfume er opløst i et opløsningsmiddel som ethanol at nedsætte viskositet. Men fortyndet parfume breder sig på overfladen af en piezoelektriske substrat på grund af dens hydrofile karakter, og forstøvning effektivitet forringes når tyndfilm spreder. Således, en del af de flydende forbliver selv efter forstøvning, som ikke kan fjernes, selvom RF power øger. Opløsningsmidlet fordamper hurtigt efter, kun parfume er derfor stadig på og klæber til underlaget.
I denne undersøgelse coat vi overfladen af piezoelektriske substrat med tynd amorfe Teflon film så det bliver hydrofobe i naturen. Da vi kan holde det droplet-lignende område på den hydrofobe overflade, sænker energi, der kræves for afmontering væske fra substrat overflade. Det forventes, at en forstøvning effektivitet forbedres, når overfladen af SAW device hydrofob. Det overordnede mål med denne metode er at effektivisere forstøvning, således at en duft præsenteres umiddelbart og kan hurtigt forsvinde efter sin præsentation, i sidste ende for ansøgning til olfaktoriske vise. I dette papir, vi viser, hvordan en SAW enhed er belagt med amorfe Teflon film og demonstrere forbedring af forstøvning effektivitet og dens eksperimentelle resultater blev beskrevet i reference17.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SAW device</td>
			<td style="width:71px;">Lightom</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Custom-made</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Network analyzer</td>
			<td style="width:71px;">SDR-kits</td>
			<td style="width:119px;">DG84AQ VNWA 3E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Dip coater</td>
			<td style="width:71px;">Aiden</td>
			<td style="width:119px;">DC4300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Silane coupling agent</td>
			<td style="width:71px;">Shin-etsu Chemical</td>
			<td style="width:119px;">KBE 903</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Cytop amorphous teflon coating</td>
			<td style="width:71px;">Asahi glass</td>
			<td style="width:119px;">CT107MK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Solvent for diluting cytop coating</td>
			<td style="width:71px;">Asahi glass</td>
			<td style="width:119px;">CT-SOLV100K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Solenoid valve</td>
			<td style="width:71px;">Lee</td>
			<td style="width:119px;">INKA2438510H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Transistor array</td>
			<td style="width:71px;">Texas Instrument</td>
			<td style="width:119px;">ULN2803A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">RF power amplifier</td>
			<td style="width:71px;">Mini-Circuits</td>
			<td style="width:119px;">ZHL-5W-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Digital camera&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Panasonic Corp</td>
			<td style="width:119px;">DMC-FZ300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Head Mount Display</td>
			<td style="width:71px;">Occulus</td>
			<td style="width:119px;">Occulus Rift Headset</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hot plate</td>
			<td style="width:71px;">As One</td>
			<td style="width:119px;">HHP-170A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

enhancement method of surface acoustic wave-atomizer efficiency for olfactory display

Da lugtesansen er en vigtig fornuft i menneskelige grænseflader, har vi udviklet en olfaktoriske skærmen ved hjælp af en overflade akustiske bølge (SAW) forstøver og mikro-dispensere. I denne olfaktoriske display er effektiviteten af forstøvning vigtigt for at undgå lugt persistens problemer ofte stødt på i menneskelige olfaktoriske grænseflader. Således, så enheden er belagt med amorfe Teflon film at ændre substrat karakter fra hydrofile til hydrofobe. Det er også nødvendigt at silanize piezoelektriske substrat overfladen før Teflon belægning til at forbedre vedhæftning af filmen. En dukkert belægning metode blev vedtaget for at opnå ensartet belægning på underlaget. High-speed magnetventil blev brugt som mikro-dispenser til tud en flydende droplet SAW anordning flade, da dens nøjagtighed og reproducerbarhed var høj. Derefter, forstøvning blev lettere på den hydrofobe substrat. I denne undersøgelse, den amorfe Teflon belægning for at minimere den resterende væske på bærematerialet efter forstøvning blev undersøgt. Målet med protokollen beskrevet her er at vise metoder til belægning en SAW enhed overflade med amorfe Teflon film og generere lugten bruger SAVEN forstøver og en mikro-dispenser, efterfulgt af en sensorisk test.

En microliter af ethanol blev placeret på både nøgne og belagt LiNbO3 substrater (ethanol blev typisk bruges som et opløsningsmiddel for parfume). En tynd film af ethanol løsning blev dannet efter det spredes på substrat (figur 6a); på den anden side blev den sfære-lignende figur holdt på den coatede substrat (fig. 6b). Kontakt vinklen på den ene microliter af vandet steg fra 50 til 110 grader efter amorfe Teflon belægning (figur 6 c og 6 d). Det konstateredes, at den amorfe Teflon belægning forbedret den hydrofobiske karakter. Kugle-lignende form af denne droplet blev holdt på bestrøget substrat, væsken spredes i en tynd film på den nøgne substrat.
Dernæst forsøg med forstøvning af 200 nL lavendel blev udført (figur 7). De efterfølgende billeder af forstøvning uden og med belægning er vist i figur 7a og 7b, henholdsvis. Tidsskalaen i fotos blev fremstillet af antallet af billeder optaget med et digitalt kamera. Lavendel blev fortyndet med ethanol (fortyndingsforholdet: 50: 1 v/v). På den nøgne substrat spredes væsken straks efter at det blev udleveret. 33 ms skete stærk forstøvning i midten af væske, der henviser til, at kun begrænset tåge var genereret på flydende kanten inden for cirklen, som vist i figur 7a. På 100 ms, forstøvning stoppet; så selvom forstøvning opstod i første omgang, stoppede det hurtigt efter. Derefter, forblev en del af væsken. Mens opløsningsmidlet fordampet hurtigt, forblev delvis opløst stof på substrat overflade; således, de resterende opløst stof forårsaget alvorlige lugt persistens. På den anden side den sfære-lignende figur med sin kontakt vinkel på mere end 90 grader blev opretholdt på den coatede substrat efter det blev udleveret (figur 7b). En koncentreret tåge blev genereret under forstøvning. Efter forstøvning, var langt mindre væske i et mindre område tilbage i området mindre i forhold til den nøgne substrat. Da den resterende væske var ikke en jævn og komplet overflade men dannede i stedet små enkelt droplets, er det vanskeligt at præcist beregne dækning af dråber på Teflon belægning. Groft sagt, var den resterende væske på den hydrofobe overflade på højst 10% deraf på hydrofile overfladen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig1.jpg"> Figur 1: SAW forstøver. (a) konfiguration af SAW enhed og (b) princippet om SAW forstøver. Dens elektrode består af guld og krom. Figur 1a er genoptrykt med tilladelse20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig2.jpg"> Figur 2: Så enhed på en printplade.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig3.jpg"> Figur 3: Dip coater anvendes i denne undersøgelse.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig4.jpg"> Figur 4: tid sekvenser. a en bølgeform af RF burst signalet. De typiske værdier for Vpp og Tr er 85 Vp-p og 1 s, henholdsvis. En typisk normeret maksimalydelse såsom TH/tr er 10%. b bølgeform påføres en mikro-dispenser. Den typiske Tw, T og N er 1 ms, 10 ms og 70 pulser, henholdsvis.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig5.jpg"> Figur 5: eksperimentel opsætning til forstøvning flydende droplet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig5large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig6.jpg"> Figur 6: sammenligning af flydende droplet form mellem nøgne og belagt subtrates. Vist er en (en) ovenfra af tyndfilm på nøgne lithium niobate overflade og b sideudsigt over den flydende dråbe på den belagt. En microliter af ethanol blev brugt i både (a) og (b). Her, (c) og (d) Vis side visninger af en microliter vand på de nøgne og belagt substrater, henholdsvis. Dette tal blev gengivet med tilladelse17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig6large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig7.jpg"> Figur 7: forstøvning af flydende slipværktøjet. Vist er a hydrofile overflade (nøgne lithium niobate) og (b) hydrofobe overflade (substrat belagt med amorfe Teflon). Prøven er 200 nL lavendel. Dette tal blev gengivet med tilladelse17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig7large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig8.jpg"> Figur 8: Micro-dispenser baseret på en magnetventil. Vist er a en mikro-dispenser princippet og (b) en driver kredsløb for en enkelt kanal. Dette tal er genoptrykt med tilladelse20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig8large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig9.jpg"> Figur 9: anvendelse af SAVEN forstøver belagt med amorfe Teflon film. Forskning demonstration fra Intelligent bruger grænseflader (IUI) Symposium 2018 i Tokyo, Japan.

Watch this Scientific Journal Video about Enhancement Method of Surface Acoustic Wave-Atomizer Efficiency for Olfactory Display at JoVE.com

Enhancement Method of Surface Acoustic Wave-Atomizer Efficiency for Olfactory Display

Her opretter vi en metode til påføring overfladen af en overflade akustiske bølge (SAW) enhed med amorfe Teflon film at effektivisere forstøvning kræves for anvendelse til en olfaktoriske display.

Ekstraudstyr metode til overflade akustiske bølge-forstøver effektivitet af olfaktoriske Display

Since olfaction is an important sense in human interfaces, we have developed an olfactory display using a surface acoustic wave (SAW) atomizer and ...

Denne metode kan hjælpe med at besvare vigtige spørgsmål inden for menneskelig grænseflade. For eksempel, mange relateret til olfaktoriske virtual reality. I vores system, en mikro-dispenser jets et par nano-liter dråber på en overflade.Så en overflade akustisk bølge deler sig, forstøver, at dråbe til hurtigt at præsentere en lugt. Visuel demonstration af denne metode er afgørende for at vise optimeringsfunktionsmåden. Forbered den akustiske bølgeenhed på overfladen til olfaktorisk display.Denne enhed har en interdigitated transducer, med reflektorer i den ene ende af en piezoelektrisk substrat. Yderligere oplysninger findes i dette skema. Transducerregionen har 21 fingerpar.Reflektoren har 32 fingerpar. Forstøvningsområdet er afbildet med blåt. Forbered en amino-baseret silan kobling agent og læg det til side.Før silanisering rengøres enheden med en acetone-gennemblødt vatpind. Når du er færdig, skal du tage enheden til en dip coater og vedhæfte den. Orienter enheden, så forstøvningsområdet nedsænkes.Dernæst skal du placere silankoblingsopløsningen til brug sammen med dipcoateren. Sænk derefter enheden for at nedsænke forstøvningsområdet. Det er vigtigt at holde dypning hastighed langsom og konstant for at opnå en ensartet film belægning.Hold enheden i opløsningen i fem minutter. Løft enheden ud af opløsningen. Hold enheden i luften i fem minutter.Fjern derefter enheden fra dipcoateren, og skyl den i rent vand i et minut. Drej derefter enheden til dipcoateren med samme retning. Fjern silaniseringsmidlet fra dipcoateren.Gå videre til at forberede den amorfe Teflon materiale i opløsningsmiddel. Tag opløsningen til dip coater, og sætte det i brug. Sørg for, at enheden er monteret for at nedsænke forstøvningsområdet.Når alt er klar, skal du sænke enheden. Hold forstøvningsområdet i opløsningen i 15 sekunder. Løft enheden ud af opløsningen.Hold enheden i luften i fem minutter. Sænk enheden ned i opløsningen igen, og vent 15 sekunder. Derefter hæve enheden, og lad det i luften i 30 minutter.Fjern derefter enheden fra dipcoateren. Placer den på en kogeplade ved 180 grader Celsius at bage i 60 minutter. Klargør SAW-enheden til eksperimentet.Monter den på et aluminiumstrykt printkort ved hjælp af aluminiumsfolie og ledende pasta. Monter derefter kredsløbet med enheden på en platform. Tilslut enheden til en RF-effektforstærker, der drives af en funktionsgenerator.Indstil bølgeformen af RF-sprængningssignalet til at være en synd-bølge med en tjenestecyklus på 10 procent. Indstil bølgefrekvensen til den akustiske bølgebølgefrekvens for den akustiske bølgebølgeenhed. Dernæst tilsluttes en burst square wave generator for at tillade et 24-volt pulssignal til en magnetventil, der bruges som mikrodispenser.Opret en mikroluftpumpe til at drive væske fra et reservoir til mikrodispenseren. Brug en luftpumpe til at garantere, at mikrodispenseren er fyldt med væske til optimering. Gå videre til at studere forstøvning med enheden.Kom væsken i et hætteglas og læg det i opsætningen. Luft vil komme ind i hætteglasset gennem den virkning af mikro luftpumpe. Væsken fra hætteglasset vil gå til magnetventilen.Ventilen er sat op til at dispensere væske på forstøvningsområdet af enheden. Indstil bølgeformen af det pulssignal, der anvendes på magnetventilen. Brug funktionsgeneratoren til at indstille en firkantet bølgepulssekvens med en arbejdscyklus på 10 %.Vær opmærksom på enhedens overflade. Over tid vil pulssekvensen danne en stor dråbe til forstøvning. Påfør RF-sprængsignalet på enheden, så længe det er nødvendigt for at forstøve dråben.Overhold enhedens overflade, for at være vidne til forstøvning og for at inspicere den resterende væskedråbe. Når systemet er klar, rekruttere en person til at opdage dufte. Få personen til at sidde med næsen 20 til 30 centimeter foran forstøvningsområdet.Juster højden af forstøveren til niveauet af deltagerens næse. Hæld væsken på apparatet og forstøv den. Lad deltageren registrere duften.I denne top visning af en bar lithium niobate overflade, en mikroliter ethanol har spredt sig til en tynd film. I modsætning hertil viser denne sidevisning af en belagt enhedsoverflade dannelsen af en dråbe. Dette er en mikroliter dråbe vand på en bar overflade.Det i sidste ende spredt sig til en tynd film. En mikroliter dråbe vand på en belagt overflade fortsatte. I denne sekvens forstøves en tynd film af lavendel på en ubestrøget overflade.Stærk forstøvning sker i midten af væsken, men ikke på kanten. I sidste ende en del af væsken forbliver. En lignende sekvens for en lavendel dråbe, dannet på en belagt overflade, viser en koncentreret tåge under forstøvning.I sammenligning med den ubestrøget overflade, efter forstøvning, meget mindre væske blev efterladt i et mindre område. Den flydende dråbe på amorf Teflon overflade er næsten helt forstøvet, hvilket indikerer øget forstøvning effektivitet sammenlignet med en ubestrøget enhed. Færre dråber er efterladt på grund af forbedringer i effektiviteten, som hjælper med at løse lugt persistens problemer i virtuelle miljø olfaktoriske skærme.Selv om dette er en grundlæggende teknologi til at realisere olfaktoriske virtual reality, en række andre påskønnelser kan være på vej.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Immuno-fluorescence Assay of Leptospiral Surface-exposed Proteins

Bacterial surface proteins are involved in direct contact with host cells and in uptake of nutrients from the environment 1. For this reason, cellular ...

Particle Agglutination Method for Poliovirus Identification

In the Global Polio Eradication Initiative, laboratory diagnosis plays a critical role by isolating and identifying PV from the stool samples of acute ...

A Method for Labeling Vasculature in Embryonic Mice

The establishment of a functional blood vessel network is an essential part of organogenesis, and is required for optimal organ function. For example, in ...

High-throughput Detection Method for Influenza Virus

High-throughput Detection Metode til Influenza Virus

Influenza virus is a respiratory pathogen that causes a high degree of morbidity and mortality every year in multiple parts of the world. Therefore, ...

Applying Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) to Examine Effector Translocation Efficiency by Coxiella burnetii during siRNA Silencing

Applying Fluorescence Resonance Energy Transfer FRET to Examine Effector Translocation Efficiency by Coxiella burnetii during siRNA Silencing

Anvendelse fluorescensresonansenergioverførsel (FRET) til at undersøge Effector translokationseffektivitet af<em&gt; Coxiella burnetii</em&gt; Under siRNA Silencing

Coxiella burnetii, the causative agent of Q fever, is an intracellular pathogen that relies on a Type IV Dot/Icm Secretion System to establish a ...

Reliable and High Efficiency Extraction of Kidney Immune Cells

Pålidelig og High Efficiency Udvinding af Nyre immunceller

Immune system activation occurs in multiple kidney diseases and pathophysiological processes.  The immune system consists of both adaptive and innate ...

Dextran Enhances the Lentiviral Transduction Efficiency of Murine and Human Primary NK Cells

Dextran effektiviserer Lentiviral transduktion af Murine og menneskelige primære NK-celler

The efficient transduction of specific genes into natural killer (NK) cells has been a major challenge. Successful transductions are critical to defining ...

A Simple Flow Cytometry Based Assay to Determine In Vitro Antibody Dependent Enhancement of Dengue Virus Using Zika Virus Convalescent Serum

A Simple Flow Cytometry Based Assay to Determine In Vitro Antibody Dependent Enhancement of Dengue Virus Using Zika Virus Convalescent Serum

En simpel flowcytometri baseret analyse for at bestemme In Vitro antistof afhængig af forbedring af Dengue Virus ved hjælp af Zika Virus rekreationshjem Serum

Antibody dependent enhancement of infection has been shown to play a major role in Dengue viral pathogenesis. Traditional assays that measure the capacity ...

High-throughput Measurement of Plasma Membrane Resealing Efficiency in Mammalian Cells

Høj overførselshastighed måling af Plasma membran genforsegling effektivitet i pattedyrceller

In their physiological environment, mammalian cells are often subjected to mechanical and biochemical stresses that result in plasma membrane damage. In ...

Quantification of Antibody-dependent Enhancement of the Zika Virus in Primary Human Cells

Kvantificeringen af antistof-afhængige Enhancement Zika virus i primære humane celler

The recent emergence of the flavivirus Zika and neurological complications, such as Guillain-Barr&#233; syndrome and microcephaly in infants, has brought ...