超音波浮揚を用いた液滴の非接触搬送・操作プロセスの確立

超声悬浮液滴非接触传输与操控过程的建立

• 批准号: 16J07988
• 负责人: 田中 宏樹
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07988/
• 关键词: 超音波浮揚; 液滴操作; 集束超音波; 非接触; 非線形音響

創薬や新規材料開発の分野において，薬剤や材料の搬送，混合，解析，分注などの全工程を完全に非接触で行うことが求められている。そこで本年度は，薬瓶から薬液を直接液滴として取り出す装置の開発を目標とした。液体サンプルを入れたマイクロプレート容器の下面に，凹面集束振動子を設置した。そして，液面にMHz帯集束超音波を照射することで，1 つの液滴を非接触で打ち上げるシステムを提案した。本検討では，振動子・液面間距離や振動の印加時間，液滴の物性値が，液滴の噴射特性に与える影響について検討を行った。まず，パルスエコー法によって，振動子・液面間距離測定は正確に測定できることを確認した。振動子・液面間隔が音圧の中心±1 mm程度となるよう設定すると，打ち上げ液滴のもつエネルギーは最大となることが分かった。また，液面での音圧が最大となるよう振動子・液面間隔を設定すると，複数の液滴が打ち上がりやすくなってしまうことが実験的に確認された。続いて，集束超音波のの印加時間が長いほど，打ち上げられる液滴の体積は大きくなることが分かった。また，印加時間が10 ms より長くなると，複数の液滴が打ち上げられやすくなった。液滴打ち上げ現象の液面が受ける音響エネルギーに対する打ち上げ液滴が持つエネルギーの効率を求めたところ，およそ0.06%であった。振動の印加時間が長くなるほど，液滴の持つエネルギーは増加するが，エネルギー効率は悪くなることが分かった。そして，水，エタノール，シリコンオイル液滴を打ち上げたところ，インクジェットの飛翔特性の評価指標によって，本液滴打ち上げシステムの液滴の打ち上げ特性も評価できることが分かった。打ち上げる液滴の物性値（密度・表面張力・粘性）が決まれば，液滴の打ち上げ速度を変えることで，打ち上げ液滴の直径をコントロールできることが示唆された。

在药物发现和新材料开发的领域中，必须完全进行药物和材料的运输，混合，分析和分配，而无需接触。因此，今年的目标是开发一种直接从药瓶中除去化学液体作为液滴的设备。将浓缩的振动器放在包含液体样品的微板容器的底部表面上。我们提出了一个系统，该系统通过用聚焦的MHz带的超声波辐射液体表面来启动单滴而无需接触。在这项研究中，我们研究了振动器与液体表面之间的距离，振动的应用时间以及液滴的物理特性对液滴的射血特性的影响。首先，可以使用脉冲回波方法准确测量振荡器和液体表面之间的距离。已经发现，当换能器和液体表面的间距设置为声压中心的±1 mm时，发射液滴的能量最大。还可以通过实验证实，设置振动器和液体表面的间距以最大化液体表面的声压，从而使多滴更容易发射。然后发现，应用的超声检查时间的时间越长，发射液滴的体积就越大。此外，当应用程序时间长于10 ms时，多滴更可能启动。当我们计算出发射液滴相对于液滴发射现象的液体表面收到的声能的能效，大约为0.06％。发现振动施用时间越长，液滴所具有的能量越多，但是能量效率就越少。当发射水，乙醇和硅油滴时，发现该液滴发射系统的液滴的发射特性也可以根据喷墨飞行特性的评估指数进行评估。建议确定发射液滴的物理性能（密度，表面张力和粘度），则可以通过更改掉落液滴的发射速度来控制发射液滴的直径。

项目成果

所属研究室個人ページ

所属实验室个人页面

Effect of holed reflector on acoustic radiation force in noncontact ultrasonic dispensing of small droplets

非接触式超声波小液滴分配中带孔反射器对声辐射力的影响

• DOI: 10.7567/jjap.55.067302
• 发表时间: 2016
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Hiroki Tanaka;Yuji Wada;Yosuke Mizuno and Kentaro Nakamura
• 通讯作者: Yosuke Mizuno and Kentaro Nakamura

T2R2 東工大リサーチリポジトリ

T2R2 东京技术研究知识库