聚焦超声操控管中微小粒子定向移动的关键问题研究

批准号:
11574191
项目类别:
面上项目
资助金额:
73.0 万元
负责人:
张小凤
依托单位:
学科分类:
A2303.超声物理与技术
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹辉、孙秀娜、汪艳、贠倩、王治超、韩丽娜
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中文摘要
声波对置于其中的物体会产生声辐射力,利用声辐射力可以移动和捕获微小粒子,声波粒子操控技术在生物医学和材料科学领域具有广泛的应用价值。本项目拟对聚焦超声作用下管中微小粒子定向移动的关键问题进行研究,发展可用于管中粒子定性移动的声操控系统。首先, 以声学波动理论为基础,建立管中粒子声学操控系统的数学模型,应用级数展开方法和变换加性定理,求解粒子在聚焦声场中的三维声辐射力,分析声波参数、管道壁以及周围粒子的分布对声辐射力的影响,获得最优的声操控系统参数。其次,采用有限元方法,模拟管中的声场分布和粒子在声波作用下的运动过程,分析声波的幅度、频率、粒子的物理和几何特性以及超声波在管壁附近所产生的声流场对粒子输运过程的影响;最后,应用相控阵动态聚焦技术实现管中微小粒子的定向移动,获得聚焦声波参数与粒子尺寸、搬运速度的定量关系。该项目的研究将为超声粒子操控技术在生物医学和材料科学领域的应用提供依据。
英文摘要
The micro-particle can be trapped and moved by acoustic radiation force, which is produced by interaction between sound wave and particle. Acoustic manipulation has wide applications in biomedical and material science fields. In this project, the key problems of the motion of micro-particle in tube driven by focused ultrasonic are studied and the acoustic manipulation experimental system is developed. Firstly, the mathematical model of the acoustic particle manipulation in tube is setup based on acoustic wave theory. The three-dimension acoustic radiation force of focused ultrasonic for micro-particle in tube is computed using series expansion method and the transformation addition theorem. The effects of the sound wave parameters, the tube wall and the other particles in tube on acoustic radiation force are studied to obtain the optimum parameters for acoustic manipulation. Secondly, the finite element method is used to simulate the sound field distribution and the motion of micro-particle in fluid-filled tube. The effects of the amplitude and frequency of sound wave, the physics parameters of the particle and the acoustic stream on acoustic manipulation are studied by numerical simulation. Finally, the phased array dynamic focusing method is used to design the acoustic manipulation experiment system, which is used to move the particle in tube. The relationship between the parameters of the focused sound wave and the motion of the particle is obtained experimentally. The research will give a basement for the applications of acoustic manipulation in biomedical and material science fields.
声波对置于其中的物体会产生声辐射力,利用声辐射力可以移动和捕获微小粒子,声波粒子操控技术在生物医学和材料科学领域具有广泛的应用价值。本项目拟对聚焦超声作用下管中微小粒子定向移动的关键问题进行研究,发展可用于管中粒子定性移动的声操控系统。首先, 以声学波动理论为基础,建立管中粒子声学操控系统的数学模型,应用级数展开方法和变换加性定理,求解粒子在聚焦声场中的三维声辐射力,分析声波参数、管道壁以及周围粒子的分布对声辐射力的影响,获得最优的声操控系统参数。其次,采用有限元方法,模拟管中的声场分布和粒子在声波作用下的运动过程,分析声波的幅度、频率、粒子的物理和几何特性对粒子输运过程的影响;最后,应用相控阵聚焦技术实现管中微小粒子的定向移动,获得声波参数与粒子尺寸、搬运速度的定量关系。该项目的研究将为超声粒子操控技术在生物医学和材料科学领域的应用提供依据。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2019
期刊:中国科学:信息科学
影响因子:--
作者:康欢;张小凤;张光斌
通讯作者:张光斌
DOI:10.13232/j.cnki.jnju.2017.01.004
发表时间:2017
期刊:南京大学学报(自然科学)
影响因子:--
作者:史菁尧;张小凤
通讯作者:张小凤
DOI:--
发表时间:2015
期刊:南京大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:孙秀娜;张小凤;常国栋;汪艳
通讯作者:汪艳
DOI:10.1121/1.5102159
发表时间:2019
期刊:Journal of the Acoustical Society of America
影响因子:2.4
作者:Bai Jiaai;Zhang Guangbin;Zhang Xiaofeng
通讯作者:Zhang Xiaofeng
Multilevel Image Thresholding Using Tsallis Entropy and Cooperative Pigeon-inspired Optimization Bionic Algorithm
使用 Tsallis 熵和协作鸽子优化仿生算法进行多级图像阈值处理
DOI:10.1007/s42235-019-0109-1
发表时间:2019
期刊:Journal of Bionics Engineering
影响因子:--
作者:Wang Yun;Zhang Guangbin;Zhang Xiaofeng
通讯作者:Zhang Xiaofeng
水下单一振子涡旋声束的产生及其轨道角动量传递机理的研究
- 批准号:11874252
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:张小凤
- 依托单位:
国内基金
海外基金
