一种快速产生并调整微泡分布的装置及方法

摘要

本发明涉及一种快速产生并调整微泡分布的装置及方法，从而使微泡的控制更加的方便。利用空化云的记忆效应，从而控制空化云来控制微泡。以及通过超声换能器能产生空化云，和控制空化云等特点实现了微泡更好的可控性，以及更简单的操作。进一步的，为了使空化云的控制更加的可控，本发明还提出了调节线的控制方法。通过利用调节线能够吸附微泡的特点，从而根据所需要的形状结构来设置调节线的形状。以及，采用射流口，通过水射流时在超声波下产生微泡的特定，使某一区域的微泡分布均匀。通过上述的装置和方法，从而达到了微泡控制更加的方便、微泡的可控性更好的特点。

权利要求

1.一种快速产生并调整微泡分布的装置，其特征在于，包括：换能器和反射面；

所述换能器用于发出超声振动；其中，换能器还包括辐射面；

辐射面与反射面之间充满液体，液体中包括气核；

所述辐射面用于向所述液体中辐射超声波；

所述换能器工作时，所述辐射面和所述反射面之间的液体产生空泡，当所述空泡运动至理想形状时关闭换能器，空泡溃灭并所产生保持空泡分布形状的微泡；

所述换能器与所述反射面分别为多个，每个换能器的辐射面与反射面相对设置；

所述辐射面与反射面相对平行设置，辐射面与反射面之间的间隙为微米级至毫米级；

还包括调节线，所述调节线设置在辐射面和反射面之间。

2.根据权利要求1所述的一种快速产生并调整微泡分布的装置，其特征在于：还包括射流口，所述射流口水平设置，射流口中的液体由辐射面和反射面的边缘射向辐射面和反射面之间。

3.一种快速产生并调整微泡分布的方法，包括如下步骤：将超声换能器下设置反射面；

在超声换能器的辐射面和所述反射面之间充满液体；所述液体中包括气核；

气核在超声换能器作用下产生空泡；

空泡在超声换能器作用下产生运动，直至空泡运动至理想形状；

关闭超声换能器，空泡溃灭消失，空泡溃灭所产生的微泡与空泡的分布位置相同；

其中，所述超声换能器和辐射面分别为多个，将超声换能器的辐射面和反射面分别相对设置；

所述辐射面相对平行的设置在反射面之上，辐射面与反射面的间隙为微米级至毫米级；

还包括调节线，将调节线设置在辐射面和反射面之间的位置。

4.根据权利要求3所述的一种快速产生并调整微泡分布的方法，其特征在于：还包括射流口，将所述射流口设置为水平的，射流口中的液体由边缘射向辐射面与反射面之间。

说明书

一种快速产生并调整微泡分布的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微泡技术领域，尤其涉及一种快速产生并调整微泡分布的装置及方法。

背景技术

[0002] 随着科学技术的进步，微观操控越来越受到重视并有许多应用，比如微电子技术、微机械技术、生物工程技术、微流体技术、生物芯片技术、靶向治疗技术等等。这些微观操控多是对固体的操控、对流体的操控，除了以微通道的方式操控微泡外，目前还没有很好的对微泡的操控手段，而以通道的方式控制气泡不但效率低，作用时间长，而且操控的微泡个数很低、控制效果不理想。从而不便于实际应用。

发明内容

[0003] 本发明为了解决现有技术中对微泡操作方法有限、控制效果不理想、操控时间长等问题，提供了一种不借助任何通道，快速方便的对大量微泡进行操控的方法。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了一种快速产生并调整微泡分布的装置。包括：换能器和反射面；所述换能器用于发出超声振动，其中，换能器还包括辐射面。辐射面与反射面之间充满液体，液体中包括气核。所述辐射面用于向所述液体中辐射超声波，所述换能器工作时，所述辐射面和所述反射面之间的液体产生空泡，当所述空泡运动至理想形状时关闭换能器，空泡溃灭消失，空泡溃灭并所产生保持空泡分布形状的微泡。

[0005] 更优的，所述换能器与所述反射面分别为多个，每个换能器的辐射面与反射面相对设置。

[0006] 更优的，所述辐射面与反射面相对平行设置，辐射面与反射面之间的间隙为微米级至毫米级。

[0007] 更优的，还包括调节线，所述调节线设置在辐射面和反射面之间。

[0008] 更优的，还包括射流口，所述射流口水平设置，射流口由辐射面和反射面的边缘射向辐射面和反射面之间的液体。

[0009] 在另一方面，本发明还提供了一种快速产生并调整微泡分布的方法。

[0010] 本发明提供的一种快速产生并调整微泡分布的方法，包括如下步骤：

[0011] 将超声换能器下设置反射面；

[0012] 在超声换能器的辐射面和所述反射面之间充满液体；所述液体中包括气核；

[0013] 气核在超声换能器作用下产生空泡；

[0014] 空泡在超声换能器作用下产生运动，直至空泡运动至理想形状；

[0015] 关闭超声换能器，空泡溃灭消失，空泡溃灭所产生的微泡与空泡的分布位置相同。

[0016] 更优的，所述超声换能器和辐射面分别为多个，将超声换能器的辐射面和反射面分别相对设置。

[0017] 更优的，所述辐射面相对平行的设置在反射面之上，辐射面与反射面的间隙为微米级至毫米级。

[0018] 更优的，还包括调节线，将调节线设置在辐射面和反射面之间的位置。

[0019] 更优的，还包括射流口，将所述射流口设置为水平的由边缘射向辐射面与反射面之间的液体。

[0020] 本发明提出了一种快速产生并调整微泡分布的装置和方法，从而使微泡的控制更加的方便。利用空化云的记忆效应，以及通过控制空化云来控制微泡。超声换能器能产生空化云，和控制空化云等特点实现了微泡更好的可控性，以及更简单的操作。进一步的，为了使空化云的控制更加的可控，本发明还提出了调节线的控制方法，通过利用调节线能够吸附微泡的特点，从而根据所需要的形状结构来设置调节线的形状。以及，加入了射流口，从而通过水射流时在超声波下产生微泡的特点，能够使某一区域的微泡分布均匀。通过上述的方法，达到微泡控制更加的方便，微泡的可控性更好的特点。

附图说明

[0021] 图1为本发明中空化记忆效应的时间间隔图；

[0022] 图2为本发明中一种快速产生并调整微泡分布的装置的结构示意图；

[0023] 图3为本发明中一种快速产生并调整微泡分布的装置加入调节线的结构示意图；

[0024] 图4为本发明中快速产生并调整微泡分布后加入射流口的实验图。

具体实施方式

[0025] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0026] 随着科技的进步，在包括医疗在内的各行各业都需要用到微泡。在不同的需求中，通常对微泡的分布有不同的要求。而现有技术中，还没有很好的对微泡进行操控的手段。本发明针对这一技术问题，提出一种快速产生并调整微泡分布的装置及方法。通过利用空泡的记忆效应，使产生微泡的空泡能够在停止超声换能器时停止运动。从而在下次打开超声换能器时产生同样分布的空泡。利用空泡在超声换能器作用下产生微泡的功能，也利用了空泡在停止超声换能器时能够停留在这一位置的特点。达到通过控制空化云来控制微泡分布的问题。

[0027] 本发明的实施例中，包括空化云的记忆效应。图1为本发明中空化记忆效应的时间间隔图。需要说明的是：空化云是由无限多的空泡组成。如图1所示的一种空化云，当300ms时开始关闭换能器，1312ms时再次启动换能器，可以看到空化云基本恢复原来的形状。由图1可以看出，在302ms和1312ms时，此时换能器已经关闭，空化云消失，空化云溃灭所产生的微泡留在空化云所在位置，但是因为微泡尺寸太小而无法显现。在301ms和1313ms时，此时为刚关闭超声换能器，或刚启动超声换能器的瞬间，虽有部分的空化云消失，但空化云的分布轮廓已基本可见。当300ms或1314ms时，此时为超声换能器已正常工作或正在关闭超声换能器，此时的空化云分布在关机前和再次开机前已基本相同。

[0028] 原来有空化云的地方分布着微泡，原来没有空化云的地方没有微泡，从而说明了空化云具有记忆效应。在某一时刻关闭超声换能器时，空化云溃灭产生的气核在某一位置停止下来。当再次打开超声换能器时，由于空化云产生的气核位置没有变化，因此会产生相同形状的空化云。由于空化云在超声波作用下能产生微泡，因此也会形成与原来相同分布的微泡。

[0029] 图2为本发明中一种快速产生并调整微泡分布的装置的结构示意图。如图2所示的一种快速产生并调整微泡分布的装置，包括辐射面1、反射面2和液体3。辐射面1还包括超声换能器，辐射面1与超时换能器连接，从而将超声换能器发出的超声波通过辐射面1辐射出。所示辐射面1与反射面2相对设置，辐射面1和反射面2之间有间隙，其间隙为微米级或毫米级。辐射面与反射面之间的间隙内充满液体3，液体3中还包括气核。

[0030] 当打开超声换能器时，超声换能器通过辐射面1将超声波传递到液体3中，并通过反射面2返回。由于液体3中存在气核，从而在超声波作用下产生空化云，空化云溃灭后散逸出微泡。气核在液体3中是随机分布的，或者留在上次空化云溃灭时的位置，在超声波的作用下，空化云的位置发生移动变化，气核和由空化云产生的微泡的分布也将发生改变。从而实现了通过控制空化云，控制微泡的分布。

[0031] 由于空化云存在记忆效应，即当超声换能器停止后，气核也将在某一位置停止。再次开启空化云后微泡的分布与关闭前微泡的分布几乎相同。从而需要某种分布的微泡时，当微泡的分布与所需分布相同时，关闭超声换能器。当需要使用时，再次打开超声换能器就能得到所需要的微泡分布。

[0032] 本发明的上述实施例提供了一种简便的得到所需要的微泡分布的装置，但在上述操作过程中，由于气核运动的不规律性，不能绝对准确的得到所需要的微泡分布结构、或得到过程的不可控性。

[0033] 本发明另一个具体实施例中，提出的一种加入了调节线的快速产生并调节微泡分布的装置。

[0034] 图3为本发明中一种快速产生并调整微泡分布的装置加入调节线的结构示意图。如图3所示的一种包括了调节线的快速产生并调节微泡分布的装置，包括辐射面1、反射面
2、液体3和调节线。调节线设置在反射面2和辐射面1之间。辐射面1和反射面2之间充满液体
3，调节线在液体3中。辐射面1向液体中辐射超声波。调节线的设置可以是如图所示的形状，也可以是其它任意的。调节线的设置是根据所需要的微泡分布进行设置，从而产生理想需求形状的微泡分布。但其基本作用是，调节线能够吸附空化云，同时也能限制气核的移动。
从而能够得到某些位置产生或不产生微泡的微泡分布结构。

[0035] 除上述实施例中所述提到的通过调节线对微泡进行调节外，还包括一种通过控制水射流对微泡进行控制的结构。

[0036] 图4为本发明中快速产生并调整微泡分布后加入射流口的实验图。如图4所示的一种包括射流口的快速产生并调整微泡分布的装置，包括辐射面1、反射面2、液体3和射流口4。

[0037] 其中射流口4水平的设置在辐射面1和反射面2的间隙内。同时，射流口4不在辐射面1和反射面2的投影面上。射流口4由辐射面1和反射面2的边缘射向辐射面1和反射面2之间的液体3，从而通过射流出的液体，在超声波作用下产生微泡。液体射流通过卷吸效应，在射流中携带丰富的气核，这些气核在超声的作用下发展成空化云，因此如果想生成大面积均布的微泡，可以利用特定速度、特定喷口的射流，喷射特定的流体。在空化云布满特定区域后，关闭换能器，空泡碎裂后的微泡将留在原来的位置，在所需要的区域形成均匀的微泡分布。

[0038] 除了上述三种实施例中所提到的调整在一定平面内的微泡分布，本发明的实施例还包括了一种调整大水体中微泡分布的装置。

[0039] 在此种情况下，包括多个超声换能器和多个反射面3，每个超声换能器包括一个辐射面1。将辐射面1和反射面2相对设置，例如：在矩形容器中，将容器的底面设置为反射面2，将容器的顶面设置为辐射面1；将容器的一个侧面设置为辐射面1，将与其相对的面设置为反射面2。从而通过同时控制两个超声换能器的工作，当微泡分布达到理想形状时，关闭超声换能器。上述实施例只是本发明实施例的一种具体结构，不能将其作为对本发明的限制。在其他构形或者大水体空间中，空化云也存在一定的记忆效应。以多换能器或单换能器添加多个反射面2的方式控制声场，进而控制空化云，再利用空化云的记忆效应控制微泡的分布。这种情况也应该在本专利保护范围。在上述实施例中所提到利用调节线、射流口等都在本发明的具体应用范围内，且都在本发明的保护范围内。

[0040] 另外，除上述所有实施例中所提到的调整微泡分布的装置，也可以在反射面或者辐射面上布设特定的凹陷或者突起，以便在特定的位置上产生或者不产生空化云。也可以设计特定的换能器或者辐射面，使辐射面以特定的模态振动，在某些特定的区域产生或者不产生空化云。上述所有的实施例只是本发明的具体应用，只要是通过控制空化云来控制微泡分布的装置和结构都在本专利的保护范围内。

[0041] 另一方面，本发明的具体实施例还包括了一种快速产生并调整微泡分布的方法，其步骤如下：

[0042] 将超声换能器下设置反射面；

[0043] 超声换能器还包括辐射面，辐射面用于连接超声换能器，从而将超声换能器发出的超声波通过辐射面辐射出。辐射面与反射面相对设置，辐射面和反射面之间有间隙，其间隙为微米级或毫米级。

[0044] 在超声换能器的辐射面和所述反射面之间充满液体；所述液体中包括气核；

[0045] 辐射面与反射面之间的间隙内充满液体，液体中还包括气核。当打开超声换能器时，超声换能器通过辐射面将超声波传递到液体中，并通过反射面返回。

[0046] 开启超声换能器；其中，气核在超声换能器作用下产生变成空泡；

[0047] 由于液体中存在气核，从而在超声波作用下产生空化云，空化云溃灭后散逸出微泡。

[0048] 观察空化云的分布形状，直至空化云运动至理想形状；

[0049] 由于换能器的作用，空化云形成一定的空间分布，那么由空化云产生的微泡的分布也将发生改变。从而实现了通过控制空化云，控制微泡的分布。

[0050] 关闭超声换能器；

[0051] 由于空化云存在记忆效应，即当停止超声换能器后，空泡消失，空泡溃灭产生的气核将在某一位置停止。再次开启空化云的后微泡的分布与关闭前微泡的分布几乎相同。从而需要某种分布的微泡时，当微泡的分布与所需分布相同时，关闭超声换能器。当需要使用时，再次打开超声换能器是就能得到所需要的微泡分布。

[0052] 本发明的上述实施例提供了一种简便的得到所需要的微泡分布的方法，但在上述操作过程中，由于气核运动的不规律性，不能绝对准确的得到所需要的微泡分布结构、或得到过程的不可控性。

[0053] 本发明的具体实施例提供了另一种方法，一种加入了调节线的快速产生并调节微泡分布的装置，包括辐射面、反射面、液体和调节线。调节线设置在反射面和辐射面之间。辐射面和反射面之间充满液体，调节线在液体中。辐射面向液体中辐射超声波。调节线的设置可以是如图所示的形状，也可以是其它任意的。调节线的设置是根据所需要的微泡分布进行设置，从而产生理想需求形状的微泡分布。但其基本作用是，调节线能够吸附空化云，进而限制微泡的移动。从而能够得到某些位置产生或不产生微泡的微泡分布结构。

[0054] 除上述实施例的方法中所述提到的通过调节线对微泡进行调节外，还包括一种通过控制水射流对微泡进行控制的方法，包括辐射面、反射面、液体和射流口。

[0055] 其中射流口水平的设置在辐射面和反射面的间隙之间，同时，射流口不在辐射面和反射面的投影面上。射流口由辐射面和反射面的边缘射向辐射面和反射面之间的液体，从而通过射流出的液体，以及与在超声波作用下产生微泡。液体射流通过卷吸效应，在射流中携带丰富的气核，这些气核在超声的作用下发展成空化云，因此如果想生成大面积均布的微泡，可以利用特定速度、特定喷口的射流，喷射特定的流体。在空化云布满特定区域后，关闭换能器，空泡碎裂后的微泡将留在原来的位置，在所需要的区域形成均匀的微泡分布。

[0056] 除上述所有实施例的方法中所提到的，也可以在反射面或者辐射面上布设特定的凹陷或者突起，以便在特定的位置上产生或者不产生空化云。也可以设计特定的换能器或者辐射面，使辐射面以特定的模态振动，在某些特定的区域产生或者不产生空化云。上述所有的实施例只是本发明的具体应用，只要是通过控制空化云来控制微泡分布的装置和结构都在本专利的保护范围内。

[0057] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。