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

Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door JST Mirai program, Grant nummer JPMJMI17DD.

De hier beschreven methoden zijn goedgekeurd door het menselijke onderzoek ethisch comité van Tokyo Institute of Technology.
1. zag apparaat opstellen en controleren van de impedantie
<ol><li>Bereiden van een 10 MHz SAW-apparaat op een substraat LiNbO3 [128o-Y-snede, gedraaid X propagation, met 21 vinger paren van een IDT (inter digitated transducer)], samen met reflectoren gemaakt van 32 paren van de vinger aan de ene kant van de IDT, zoals weergegeven in Figuur 1a. Opmerking: Figuur 1b toont het subsidiariteitsbeginsel verneveling. De zaag is geconverteerd naar een longitudinale golf op de vloeibare druppel. Nevel is gegenereerd als gevolg van akoestische streaming als de SAW-energie groot genoeg is. Opmerking: Het apparaat SAW werd vervaardigd door de fabrikant met behulp van de typische foto lithografie volgens het patroon van de elektrode die de auteurs ontworpen. Het piëzo-elektrische substraat hierboven vermeld werd geselecteerd als gevolg van een hoge elektromechanische koppeling coëfficiënt.</li>
	<li>Monteren van de SAW-apparaat met behulp van aluminiumfolie en geleidende plakken op een afgedrukte kringsraad gemaakt van aluminium (ontworpen voor dit apparaat SAW) waar de SMA connector is verbonden (Figuur 2). Opmerking: Een Printplaat die zijn gemaakt van aluminium is effectief voor warmtestraling.</li>
	<li>Het meten van de frequentie karakteristiek van impedantie met behulp van een netwerkanalyse. De SAW-apparaat is aangesloten op de analyzer via een coaxiale kabel-verbinding van de printplaat. Frequentie-karakteristieken moeten Toon frequenties waar denkbeeldige delen van de toelating van het apparaat gaan naar nul, die de SAW apparaat resonantie frequenties. Opmerking: Wanneer de akoestische verlies in het apparaat is groot, verneveling treedt niet op. De akoestische verlies kan worden gecontroleerd door het meten van de frequentie karakteristiek van impedantie. Wanneer het apparaat SAW is bedekt met Teflon film, het verschil tussen de kenmerken van de frequentie voor en na de coating dient te worden gevolgd om te controleren als de film te dik is.</li>
</ol>2. Silanization
<ol><li>De amino gebaseerde silane koppelmiddel (3-ahhminopropyltriethoxy silane) voor te bereiden. De concentratie tot 0,5% (v/v) in water met behulp van een precisiepipet aanpassen. Opmerking: Silanization is verplicht ter verbetering van de hechting van amorfe Teflon coating. Teflon coating wordt verwijderd tijdens de verneveling als silanization niet is uitgevoerd.</li>
	<li>Reinig het oppervlak van de SAW-apparaat met behulp van een wattenstaafje gedrenkt met aceton.</li>
	<li>Stel het apparaat op een duik coater (Figuur 3). Opmerking: Een Printplaat waar de SAW-apparaat is vastgesteld met behulp van mending tape is gekoppeld aan de duik-coater, aangezien de dikte van de SAW-apparaat (0.5 mm) is te dun om te worden gekoppeld aan de duik-coater direct.</li>
	<li>Pull-down het apparaat zodat de verneveling gebied kan worden ondergedompeld in de oplossing bij een snelheid van 0,2 mm/s. Houd het apparaat in de oplossing gedurende 5 minuten.</li>
	<li>Optrekken van het apparaat met een snelheid van 1,7 mm/s. het apparaat in de lucht gedurende 5 minuten houden.</li>
	<li>Spoel het apparaat in zuiver water voor 1 min.</li>
	<li>Houd het apparaat in de lucht gedurende 30 minuten.</li>
</ol>3. amorf Teflon Coating
<ol><li>De amorfe Teflon materiaal en oplosmiddel voorbereiden door verdunning. Aanpassen van de concentratie van de amorfe Teflon oplossing tot 3% (v/v) met behulp van het oplosmiddel.</li>
	<li>Stel het apparaat op een duik coater (Figuur 3). Opmerking: Dip coating goedgekeurd hier aangezien de uniforme coating onmisbaar is. Ruwe coating evenals coating die te dik is kan leiden tot verslechtering van de verneveling efficiëntie als gevolg van SAW demping.</li>
	<li>Pull-down het apparaat zodat verneveling gebied is ondergedompeld in de oplossing bij een snelheid van 0,2 mm/s. plaats het toestel op oplossing voor 15 s.</li>
	<li>Optrekken van het apparaat met de snelheid van 1,7 mm/s. het apparaat in de lucht gedurende 5 minuten houden.</li>
	<li>Pull-down het apparaat zodat verneveling gebied is ondergedompeld in de oplossing bij een snelheid van 0,2 mm/s. plaats het toestel op oplossing voor 15 s.</li>
	<li>Optrekken van het apparaat met de snelheid van 1,7 mm/s. het apparaat in de lucht gedurende 30 minuten houden.</li>
	<li>Bak het apparaat bij 180 ° C gedurende 60 minuten met behulp van een warmhoudplaat. Opmerking: De dikte van de coating was ongeveer 400 nm volgens kwartskristal microbalans (QCM) meting.</li>
</ol>4. experimentele opstelling voor verneveling
<ol><li>Monteer de SAW-apparaat op een Printplaat. Opmerking: Omdat de dikte van de SAW-apparaat 0,5 mm is, kan het gemakkelijk gebroken. Het is dus nodig ter ondersteuning van het mechanisch.</li>
	<li>Het meten van de frequentie karakteristiek van de impedantie van de SAW-apparaat met behulp van een netwerkanalyse. De SAW-apparaat is aangesloten op de analyzer via een coaxiale kabel-verbinding van de printplaat. Frequentie-karakteristieken moeten Toon frequenties waar denkbeeldige delen van de toelating van het apparaat gaan naar nul, die de SAW apparaat resonantie frequenties Opmerking: Controleer de RF demping op de SAW-apparaat. Het verlies van het apparaat SAW verhoogt wanneer het ongepast bekleed. Deze toename in verlies treedt meestal op als gevolg van de heterogeniteit van de coating of buitensporige dikte van de coating; Dus, de impedantie-kenmerken voor en na de coating moeten worden vergeleken. De verneveling kan niet worden uitgevoerd als de SAW demping teveel is.</li>
	<li>Het SAW-apparaat aansluit op een functiegenerator door middel van een RF-eindversterker.</li>
	<li>De golfvorm van het signaal van de burst RF vastgesteldop een functiegenerator (figuur 4a). De burst-signaal voor de SAW-apparaat moet een sinusgolf, en haar taakcyclus moet 10%. De frequentie van de Golf moet ook worden ingesteld op de resonantiefrequentie van de SAW apparaat verkregen van de karakteristieke impedantie-metingen.</li>
	<li>Een burst blokgolf generator verbinden met een magneetventiel [dwz., micro-dispenser via een drijvende circuit (Figuur 5)] zodat een 24 V-puls signaal kan geleverd worden in de dispenser, die wordt genoemd in de discussie18, 19. Tip: Voor drijvende magneetafsluiters, een transistor-matrix is handig. Maximaal acht solenoïde kunnen kleppen worden aangedreven met behulp van de transistor-array in deze studie.</li>
	<li>Instellen van de micro-pomp toe te passen druk te stromen van de vloeistof naar de micro-dispenser (Figuur 5). De micro-pomp ondersteunt het zelfaanzuigende vermogen van de micro-dispenser20.</li>
	<li>Gebruik een infrarood thermometer voor het meten van de temperatuur van de SAW-apparaat, indien nodig. Opmerking: De temperatuur op het apparaat SAW oppervlakte doorgaans bereikt ongeveer 45 ° C wanneer de RF signaal (85 Vp-p en 10% taakcyclus) barstte wordt toegepast gedurende 5 minuten.</li>
</ol>5. verneveling
<ol><li>Zet de vloeistof (dwz., parfum of chemische verdund met ethanol) in een flesje.</li>
	<li>Stel de golfvorm van het signaal van de puls toegepast op een micro-dispenser (figuur 4b). De puls signaal is van een blokgolf-puls-reeks met een taakcyclus van 10% en wordt gegenereerd met een functiegenerator.</li>
	<li>De puls signaal van toepassing op de micro-dispenser aan een vloeibare droplet tot de SAW apparaat18jet. Aangezien een enkele druppel uit de micro-dispenser slechts een paar nanoliters is, is een opeenvolging van pulse moest vormen een grotere droplet voor verneveling.</li>
	<li>Toepassing het RF burst signaal naar de SAW apparaat vernevelen vloeibare druppeltjes17. De burst-signaal wordt toegepast vanaf een functiegenerator via een versterker na de vorming van de vloeibare druppeltjes. Het signaal moet worden aangevraagd zolang damp is nog steeds gegenereerd op basis van de verneveling-proces. Opmerking: De RF burst signaal wordt gebruikt om de gemiddelde RF vermogen. De SAW-apparaat wellicht een crack als het RF-vermogen veel groter dan 2 W. is</li>
	<li>Let op het oppervlak van SAW apparaat te inspecteren de resterende vloeistof druppel.</li>
	<li>Uitvoeren van dezelfde procedure zoals gedaan in stappen 4.1-4.7 en 5.1-5.5 voor een kale zag apparaat. Vervolgens vergelijken met de hoeveelheid resterende vloeibare druppel op het gecoate substraat mee vanaf de kale.</li>
</ol>6. opsporen van geuren
<ol><li>Zet de vloeistof in een ampul zoals gedaan in stap 5.1.</li>
	<li>Aanpassen van de hoogte van de SAW-verstuiver met behulp van een aansluiting, zodat de hoogte gelijk aan de neus van de deelnemer blijft.</li>
	<li>Afzien van de vloeistof op het apparaat SAW.</li>
	<li>Schakel de ventilator.</li>
	<li>Laat de deelnemer aan het detecteren van de geur. Opmerking: De auteurs deed de sensorische test in plaats van de Analysator van de VOC in de vorige werk sinds de waargenomen intensiteit gebruikt in plaats van damp concentratie moet worden geëvalueerd.</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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Een van de belangrijkste componenten in deze studie is de micro-dispenser gemaakt van een snelle solenoïde ventiel18,19. Figuur 8a toont het principe van deze micro-dispenser. De plunjer werd gedreven door een elektromagnetische spoel. De uitlaat volledig is gesloten door de plunjer in de OFF-fase. De plunjer snel gaat naar tekenen vloeistof vooraan tijdens een korte op fase, dan keert terug naar de oorspronkelijke locatie en stralen een kleine vloeibare druppel uit een opening van de magneetklep, die wordt gedreven door het circuit weergegeven in Figuur 8. Het bedrag van een vloeibare druppel is een paar nanoliters. De frequentie van de klep is tussen 1 en 1000 Hz, de minimale pulsbreedte is 0.5 ms, en het werkt veel sneller dan een typische magneetventiel. De typische afstand tussen de opening van de magneetklep en het substraat was 15 mm. Deze studie toonde aan dat de hoeveelheid vloeistof nauwkeurig en reproduceerbaar zijn is; Bovendien is het robuuste tegen bubbels.
Geur persistentie drastisch kan worden verminderd als gevolg van amorfe Teflon coatingwhen een olfactorische weergave gebaseerd bij een SAW verstuiver wordt gebruikt21. Dit kan verder worden verbeterd wanneer een kanaal gewijd aan het leveren van oplosmiddelen op het oppervlak van het substraat voor het reinigen wordt gebruikt.
De kritieke stap in protocol is de frequentie van de excitatie van de verstuiver handmatig aanpassen, wanneer het afwijkt van de optimale. Dit moet worden automatisch uitgevoerd in de toekomst. Een wijziging van het eerste protocol was om op te nemen van het silanization-proces sinds Teflon coating zelf zonder silanization was verstoven.
Er zijn twee resterende kwesties die deze techniek, namelijk het probleem van de staande golf beperken. De staande golf wordt gegenereerd wanneer de reflectie vindt plaats aan de rand van het substraat. Aangezien antinode en knooppunt verschijnt periodiek, wordt verneveling zwak op het knooppunt. Hoewel we een siliconen-gel gebruiken om te onderdrukken de staande golf, is dit niet voldoende. Een beter materiaal om te absorberen de akoestische energie is nodig.
De tweede beperking is de duurzaamheid van de Teflon coating. De Teflon coating deels is verwijderd na het atomizing van een vloeistof vele malen. Aangezien de huidige voorwaarde voor coating is niet uitgebreid bestudeerd, kunnen de auteurs optimaliseren om uit te breiden van de duurzaamheid van Teflon coating.
Toch, de betekenis van het protocol met betrekking tot bestaande methoden is de vermindering van de resterende vloeistof na verneveling op een oppervlak met coating t.o.v. zonder coating. Dus, de persistentie van de geur is drastisch verminderd aangezien17elders beschreven. Met behulp van dit apparaat SAW, werd demonstratie van de olfactorische display uitgevoerd. De acht-component olfactorische display om aan te tonen van cassis, oranje, whisky en hun mengsel werden gepresenteerd aan een gebruiker met het hoofd Mount weergeven (Figuur 9)19. In deze situatie een SAW-apparaat met de voorgestelde coating werkt goed aan het onderdrukken van de persistentie van de geur, die anders kan de kwaliteit van de geur presentatie aanzienlijk verslechteren.
De hier beschreven techniek is belangrijk voor olfactorische weergave. De SAW verstuiver geldt bovendien voor een vernevelaar voor medisch gebruik en electrospray ionisatie voor massaspectrometrie. De verneveling-efficiëntie is ook vereist in die toepassingen.

Hoewel apparaten voor stimulerende visuele en auditieve zintuigen populair zijn, presenteren we kunnen niet alle gewaarwordingen die we waarnemen; we kunnen echter gewoonlijk een sensatie met behulp van alleen deze twee zintuigen presenteren. Een olfactorische display is een gadget die een geur kunt voorstellen, en het wordt gebruikt in virtuele werkelijkheid, zodat een gebruiker kan het waarnemen van geuren1,2,3,4,5,6, 7. Aangezien olfaction aan emoties sterk bijdraagt, is een olfactorische stimulans onmisbaar voor het verbeteren van de werkelijkheid. Wij hebben eerder bestudeerd films, animaties en spelletjes met geuren8,9.
Verschillende onderzoekers hebben bestudeerd olfactorische displays; Yanagida heeft bijvoorbeeld een geur-projector die een geur aan een bepaalde persoon, levert zelfs wanneer niemand rondom hem of haar het1 zietbestudeerd. Yamada et al. hebben een geur bron lokalisatie in de virtuele ruimte met behulp van een eenvoudige Gaussiaanse distributiemodel van geur concentratie2bestudeerd. Kim et al. hebben het concept van twee-dimensionale arrays van geur-releasing apparaten 3voorgesteld. Bovendien zijn eenvoudig draagbaar olfactorische displays en de ultrasone phased array voor het beheersen van de richting van deze geuren voorgestelde4,5,6.
Een van de problemen in de olfactorische weergave is de hardnekkigheid van de geur. Een gebruiker kan de geur detecteren, zelfs nadat het is bedoeld om te worden gewijzigd in de lucht of een andere geur. Aangezien het verdient de voorkeur om te schakelen tussen geuren zo spoedig mogelijk in virtuele werkelijkheid, moet de geur persistentie probleem worden onderzocht.
Wij hebben de olfactorische vertoning met een functie van veel ingrediënten mengen bestudeerd. Eerder ontwikkelden we dit systeem magneetafsluiters met high-speed switch10. Hoewel het stabiel veel ingrediënten combineert, kunnen we niet nog oplossen het probleem van de persistentie van de geur. Daarom ontwikkelden we hebben sindsdien de olfactorische weergave met behulp van micro-dispensers en een SAW verstuiver11. Hoewel soortgelijke technieken zijn gebruikt om te manipuleren vloeibare druppeltjes12,13,14, wij toegepast om de geur van de generatie. De SAW-apparaat is geschikt voor atomizing van vloeibare druppeltjes, aangezien het vloeibare druppeltjes vernevelen kan onmiddellijk15,16; we hebben echter gevonden dat kleine vloeibare druppeltjes op een piëzo-elektrische substraat na de verneveling blijven. Deze kleine vloeibare druppeltjes veroorzaken geur persistentie, zelfs als de meeste van de vloeistof wordt verstoven.
Typisch, een parfum is opgelost in een oplosmiddel zoals ethanol te verlagen van de viscositeit. Echter verdunde parfum verspreidt zich over het oppervlak van een piëzo-elektrische substraat vanwege het hydrofiele karakter, en de verneveling efficiëntie verslechtert als dunne laag verspreidt. Dus, een deel van de vloeistof blijft zelfs na verneveling, die niet kan worden verwijderd, zelfs als RF vermogen verhoogt. Omdat het oplosmiddel verdampt snel na, alleen de parfum blijft op en houdt vast aan het substraat.
In deze studie jas wij het oppervlak van een piëzo-elektrische substraat met dunne amorf Teflon laag, dus wordt het hydrofobe in de natuur. Aangezien we de droplet-achtige sfeer op de hydrofobe oppervlak houden kunnen, vermindert de energie die nodig is voor het loskoppelen van de vloeistof uit het oppervlak van het substraat. Verwacht wordt dat een verneveling-efficiëntie wordt verbeterd wanneer het scherm van SAW apparaat hydrofobe wordt. Het algemene doel van deze methode is de verneveling om efficiëntie te verbeteren zodat een geur onmiddellijk wordt gepresenteerd en snel na de indiening verdwijnen kan, uiteindelijk voor toepassing op olfactorische weergeven. In dit document, we laten zien hoe een SAW-apparaat is bedekt met een amorfe Teflon film en aantonen van verbetering van de efficiëntie van de verneveling en haar experimentele resultaten werden beschreven in de referentie-17.

<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

Aangezien de reukzin is een belangrijke betekenis in menselijke interfaces, hebben we een olfactorische display met behulp van een verstuiver akoestische oppervlaktegolf (SAW) en micro-dispensers. In dit olfactorische display is de efficiëntie van verneveling belangrijk om te voorkomen dat geur persistentie problemen vaak in menselijke olfactorische interfaces. Dus, is het apparaat SAW bedekt met amorf Teflon film aard te veranderen het substraat van hydrofiele te hydrophobic. Het is ook noodzakelijk om te silanize het piëzo-elektrische substraat oppervlak vóór Teflon coating ter verbetering van de hechting van de film. Een dip coating methode werd aangenomen met het oog op een uniforme coating op het substraat. De high-speed magneetventiel gewend was als micro-dispenser tuit een vloeibare druppel aan het apparaatoppervlak SAW, aangezien de nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid hoog waren. Vervolgens werd de verneveling gemakkelijker op de hydrofobe coating. In deze studie werd de amorfe Teflon coating voor het minimaliseren van de resterende vloeistof op de drager vervagen na verneveling bestudeerd. Het doel van het protocol hier beschreven is te laten zien van de methoden voor het aanbrengen van een SAW apparaatoppervlak met amorf Teflon film en het genereren van de geur met behulp van de SAW-verstuiver en een micro-dispenser, gevolgd door een zintuiglijke test.

Een microliter ethanol werd gelegd op zowel kale en gecoate LiNbO3 substraten (ethanol werd meestal gebruikt als oplosmiddel voor parfum). Een dunne film van ethanol oplossing werd gevormd nadat het verspreiden op het substraat (Figuur 6a); aan de andere kant, werd de bol-achtige vorm gehouden op het gecoate substraat (Figuur 6b). De contacthoek van de één microliter water gestegen van 50 tot 110 graden na amorf Teflon coating (Figuur 6 c en 6 d). Bleek dat de amorfe Teflon coating het hydrofoob karakter versterkt. De bol-achtige vorm van de druppel bleef op het gecoate substraat, dat de vloeistof in een dunne film op de kale ondergrond verspreidt.
In de volgende, het experiment met verneveling van 200 nL van lavendel was uitgevoerd (Figuur 7). De volgende beelden van verneveling zonder en met coating worden weergegeven in figuur 7a en 7b, respectievelijk. Tijdschaal in de foto's is verkregen uit het aantal frames opgenomen door een digitale camera. Lavendel is verdund met ethanol (verdunningsverhouding: 50: 1 v/v). Op de kale ondergrond verspreid de vloeistof onmiddellijk nadat het werd afgeleverd. 33 ms, sterke verneveling heeft plaatsgevonden in het midden van de vloeistof, overwegende dat slechts beperkte mist aan de vloeibare rand binnen de cirkel werd gegenereerd, zoals weergegeven in figuur 7a. Bij 100 ms, verneveling gestopt; Dus, hoewel verneveling is opgetreden op het eerste, het gestopt kort na. Vervolgens bleef deel van de vloeistof. Terwijl het oplosmiddel snel verdampt, bleef gedeeltelijk opgeloste stof op het oppervlak van het substraat; Dus, de resterende opgeloste stof veroorzaakt het ernstige geur persistentie. Aan de andere kant, de bol-achtige vorm met de contacthoek van meer dan 90 graden werd aangehouden op het gecoate substraat nadat het was afgeleverd (figuur 7b). Een geconcentreerde mist gegenereerd tijdens verneveling. Na verneveling, veel minder vloeistof in een kleiner gebied bleef in het kleinere gebied ten opzichte van het blote substraat. Aangezien de resterende vloeistof niet een glad en volledige oppervlak was maar in plaats daarvan kleine enkele druppels gevormd, is het moeilijk de dekking van druppels precies kunnen worden berekend op Teflon coating. Ruwweg gesproken, was de resterende vloeistof op de hydrofobe oppervlak hooguit 10% van die op de hydrofiele oppervlak.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig1.jpg"> Figuur 1: SAW verstuiver. a configuratie van de SAW apparaat en (b) het beginsel van de SAW-verstuiver. De elektrode bestaat uit goud en chroom. Figuur 1a is herdrukt met toestemming20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig2.jpg"> Figuur 2: Zag apparaat op een Printplaat.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig3.jpg"> Figuur 3: Dompel coater gebruikt in deze studie.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig4.jpg"> Figuur 4: tijd sequenties. (a) golfvorm van het signaal van de burst RF. De normale waarden in Vpp en Tr zijn 85 Vp-p en 1 s, respectievelijk. Een typische taakcyclus zoals TH/Tr is 10%. (b) golfvorm toegepast op een micro-dispenser. De typische Tw, T en N zijn 1 ms, 10 ms en 70 pulsen, respectievelijk.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig5.jpg"> Figuur 5: experimentele opstelling voor vloeibare druppel atomizing. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig6.jpg"> Figuur 6: vergelijking van vloeibare druppel vorm tussen kale en gecoate subtrates. Komt te staan, zijn een (a) bovenaanzicht van de dunne film op het oppervlak van de niobate bare lithium en (b) zijaanzicht van de vloeibare druppel gecoate enerzijds. Een microliter ethanol werd gebruikt in zowel (a) en (b). Hier, (c) en (d) Toon zijaanzicht van één microliter van water op de kale en gecoate ondergronden, respectievelijk. Deze afbeelding is gereproduceerd met toestemming17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig7.jpg"> Figuur 7: verneveling van de vloeibare droplet. Weergegeven zijn de (a) de hydrofiele oppervlak (kale lithium niobate) en (b) hydrophobic oppervlakte (substraat met amorf Teflon bekleed). De steekproef is 200 nL van lavendel. Deze afbeelding is gereproduceerd met toestemming17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig8.jpg"> Figuur 8: Micro-dispenser gebaseerd op een magneetventiel. Weergegeven zijn (a) de micro-dispenser principe en (b) een driver circuit voor een enkel kanaal. Dit cijfer is herdrukt met toestemming20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig9.jpg"> Figuur 9: toepassing van de verstuiver van de SAW bekleed met amorf Teflon film. Demonstratie van het onderzoek van het intelligente User Interfaces (IUI) Symposium 2018 in Tokio, 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

Wij stellen hier een methode voor coating het oppervlak van een akoestische oppervlaktegolf (SAW) apparaat met amorf Teflon film ter verbetering van de efficiëntie van de verneveling vereist voor toepassing op een olfactorische display.

Methode van de verbetering van Surface Acoustic Wave-verstuiver efficiëntie voor olfactorische Display

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

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in de menselijke interface veld. Bijvoorbeeld, veel met betrekking tot olfactorische virtual reality. In ons systeem, een micro-dispenser jets een paar nano-liter druppels op een oppervlak.Dan verdeelt een oppervlakte akoestische golf, vernevelt die druppel om snel een geur voor te stellen. Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang om het optimalisatiegedrag weer te geven. Bereid het oppervlak akoestische golfapparaat voor op het reukdisplay.Dit apparaat heeft een interdigitated transducer, met reflectoren aan de ene kant van een piëzo-elektrisch substraat. Aanvullende details zijn in dit schema. Het transducergebied heeft 21 vingerparen.De reflector heeft 32 vingerparen. Het vernevelingsgebied wordt in het blauw afgebeeld. Bereid een amino-gebaseerde silane koppeling agent en zet het opzij.Reinig het apparaat voor het silaniseren met een met aceton doordrenkt wattenstaafje. Wanneer u klaar bent, breng het apparaat naar een dip coater en bevestig het. Oriënteer het apparaat zodat het vernevelingsgebied wordt ondergedompeld.Plaats vervolgens de silane koppelingsoplossing voor gebruik met de dipcoater. Laat vervolgens het apparaat zakken om het vernevelingsgebied onder te dompelen. Het is belangrijk om de snelheid langzaam en constant te blijven onderdompelen om een uniforme filmcoating te verkrijgen.Houd het apparaat gedurende vijf minuten in de oplossing. Verhoog het apparaat uit de oplossing. Houd het apparaat vijf minuten in de lucht.Verwijder vervolgens het apparaat uit de dipcoater en spoel het één minuut in zuiver water. Draai het apparaat vervolgens met dezelfde oriëntatie naar de dipcoater. Haal het silanisatiemiddel uit de dipcoater.Ga verder met het bereiden van de amorfe Teflon materiaal in oplosmiddel. Neem de oplossing naar de dip coater, en zet het in positie voor gebruik. Zorg ervoor dat het apparaat is gemonteerd om het vernevelingsgebied onder te dompelen.Zodra alles klaar is, laat u het apparaat zakken. Houd het vernevelingsgebied gedurende 15 seconden in de oplossing. Verhoog het apparaat uit de oplossing.Houd het apparaat vijf minuten in de lucht. Laat het apparaat een tweede keer in de oplossing zakken en wacht 15 seconden. Verhoog het apparaat vervolgens en laat het 30 minuten in de lucht.Verwijder vervolgens het apparaat uit de dipcoater. Plaats het op een hete plaat op 180 graden Celsius om te bakken voor 60 minuten. Bereid het SAW-apparaat voor op het experiment.Monteer het op een aluminium printplaat, met behulp van aluminiumfolie en geleidende pasta. Monteer vervolgens de printplaat met het apparaat op een platform. Sluit het apparaat aan op een RF-eindversterker, aangedreven door een functiegenerator.Stel de golfvorm van de RF burst signaal op een zonde-golf met een duty cyclus van 10 procent. Stel de golffrequentie in op de oscillatiefrequentie van het oppervlak van de akoestische golf. Sluit vervolgens een burst square wave generator aan om een 24-volt pulssignaal mogelijk te maken op een solenoïde klep die als microdispenser wordt gebruikt.Stel een microluchtpomp in om vloeistof van een reservoir naar de microdispenser te laten rijden. Gebruik een luchtpomp om te garanderen dat de microdispenser is gevuld met vloeistof voor optimalisatie. Ga verder met het bestuderen van verneveling met het apparaat.Doe vloeistof in een flesje en plaats deze in de set-up. Lucht komt in de flacon door de werking van de micro-luchtpomp. De vloeistof uit de flacon gaat naar de solenoïde klep.De klep is ingesteld om vloeistof af te geven op het vernevelingsgebied van het apparaat. Stel de golfvorm in van het pulssignaal dat op de solenoïde klep wordt aangebracht. Gebruik de functiegenerator om een vierkante golfpulsreeks in te stellen, met een taakcyclus van 10 procent.Let op het oppervlak van het apparaat. Na verloop van tijd zal de pulssequentie een grote druppel voor verneveling vormen. Breng het RF-burstsignaal zo lang als nodig aan om de druppel te atomiseren.Let op het oppervlak van het apparaat, om getuige te zijn van verneveling en om de resterende vloeibare druppel te inspecteren. Zodra het systeem klaar is, werven een persoon om geuren te detecteren. Laat de persoon zitten met zijn neus 20 tot 30 centimeter voor de verneveling gebied.Pas de hoogte van de verstuiver aan op het niveau van de neus van de deelnemer. Doseer de vloeistof op het apparaat en vernevel deze. Laat de deelnemer de geur detecteren.In deze bovenste weergave van een kale lithium niobate oppervlak, een microliter ethanol heeft zich verspreid naar een dunne film. In tegenstelling, deze zijaanzicht van een gecoate apparaat oppervlak toont de vorming van een druppel. Dit is een microliter druppel water op een kale ondergrond.Het verspreidde zich uiteindelijk in een dunne film. Een microliter druppel van water op een gecoate oppervlakte bleef. In deze sequentie wordt een dunne lavendelfilm verneveld op een ongecoat oppervlak.Sterke verneveling vindt plaats in het midden van de vloeistof, maar niet aan de rand. Op het einde een deel van de vloeistof blijft. Een gelijkaardige opeenvolging voor een lavendeldaling, die op een gecoate oppervlakte wordt gevormd, toont een geconcentreerde mist tijdens verneveling.In vergelijking met het ongecoate oppervlak, na verneveling, veel minder vloeistof werd achtergelaten in een kleiner gebied. De vloeibare druppel op een amorfe Teflon oppervlak is bijna volledig geatomiseerd, wat duidt op verbeterde verneveling efficiëntie in vergelijking met een ongecoat apparaat. Minder druppels blijven achter als gevolg van verbeteringen in de efficiëntie, die helpt bij het oplossen van geur persistentie problemen in de virtuele omgeving olfactorische displays.Hoewel dit een fundamentele technologie is om olfactorische virtual reality te realiseren, kunnen er verschillende andere waarderingen ontstaan.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Immuno-fluorescence Assay of Leptospiral Surface-exposed Proteins

Immuno Assay-fluorescentie van Leptospiral Surface-blootgesteld Eiwitten

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

Particle Agglutinatie Methode voor 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

Een methode voor het labelen van bloedvaten in Embryonic Muizen

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 Methode voor 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

Aanbrengen Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) naar Effector Translocatie Efficiency Onderzoek door<em&gt; Coxiella burnetii</em&gt; Tijdens 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

Betrouwbaar en High Efficiency Winning van Kidney immuuncellen

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 verbetert de efficiëntie van de lentivirale transductie van lymfkliertest en menselijke primaire NK-cellen

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

Een eenvoudige Stroom Cytometry gebaseerd Assay om te bepalen In Vitro antilichaam afhankelijk verbetering van Dengue Virus met behulp van de herstellende Serum Zika-Virus

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

High-throughput meting van plasmamembraan opnieuw verzegelen efficiëntie bij zoogdiercellen

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

Kwantificering van antilichaam-afhankelijke versterking van het Zika-Virus in primaire menselijke cellen

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