Name: Erweiterungsmethode Surface Acoustic Wave-Zerstäuber Wirkungsgrad für olfaktorische Display (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-14T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 6 s
Description: Erfahren Sie die Verbesserung der Zerstäubungseffizienz von Oberflächenakustikwellen-Geräten durch amorphe Teflon-Beschichtung für olfaktorische Displays. Diese Methode ermöglicht realistischere Dufterlebnisse in virtueller Realität.

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Diese Studie wurde teilweise von JST Mirai Programm, Grant Nummer JPMJMI17DD unterstützt.

Die hier beschriebenen Methoden wurden von der menschlichen Forschung Ethik Komitee des Tokyo Institute of Technology genehmigt.
(1) sah Gerät Vorbereitung und Überprüfung der Impedanz
<ol><li>Bereiten Sie ein 10 MHz-Säge-Gerät auf einem Substrat LiNbO3 [128o-Y-Schnitt, X Vermehrung, mit 21 Paaren ein IDT (Inter digitated Wandler) Finger gedreht], zusammen mit Reflektoren von 32 Finger Paaren einerseits IDT gemacht, wie in Figur 1adargestellt. Hinweis: Abbildung 1 b zeigt das Prinzip der Atomisierung. Die Säge wird in eine Longitudinalwelle in das flüssige Tröpfchen umgewandelt. Nebel entsteht durch akustische streamen, wenn die Säge Energie groß genug ist. Hinweis: Die Säge Gerät wurde hergestellt, vom Hersteller mit typischen Foto-Lithografie nach dem Muster der Elektrode, das die Autoren entworfen. Die piezoelektrische Substrat oben genannten wurde aufgrund eines hohen elektromechanische Koppelung Koeffizienten ausgewählt.</li>
	<li>Montieren Sie die Säge Gerät mit Aluminiumfolie und Leitpaste auf einer Leiterplatte aus Aluminium gefertigt (ausgelegt für diese Säge Gerät) wo die SMA-Stecker befestigt ist (Abbildung 2). Hinweis: Eine Leiterplatte aus Aluminium gefertigt ist wirksam für Wärmestrahlung.</li>
	<li>Die charakteristische Impedanz mit einem Netzwerkanalysator Frequenz zu messen. Die Säge ist in den Analysator über ein Koaxial-Kabel-Verbindung von der Platine angeschlossen. Frequenzeigenschaften sollten Frequenzen zeigen wohin imaginären Teile des Gerätes Eintritt auf Null, die Resonanzfrequenzen der Säge-Gerät sind. Hinweis: Wenn akustische Verlust in das Gerät groß ist, tritt Zerstäubung nicht. Die akustische Verlust kann durch die Messung der Frequenzverlauf der Impedanz überprüft werden. Wenn die Säge Gerät beschichtet mit Teflon-Film, der Unterschied zwischen der Frequenzeigenschaften vor und nach der Beschichtung sollten überwacht werden, um zu überprüfen, ob der Film zu dick ist.</li>
</ol>(2) Silanisierung
<ol><li>Bereiten Sie die amino-basierte Silan-Haftvermittler (3-Ahhminopropyltriethoxy Silan). Passen Sie ihre Konzentration auf 0,5 % (V/V) in Wasser mit einer Pipette. Hinweis: Silanisierung ist zwingend erforderlich, um das Anhaften von amorphen Teflon-Beschichtung zu verbessern. Teflon-Beschichtung ist bei Zerstäubung entfernt, wenn Silanisierung nicht durchgeführt wird.</li>
	<li>Reinigen Sie die Oberfläche der Säge-Gerät mit einem Wattestäbchen, getränkt mit Aceton.</li>
	<li>Stellen Sie das Gerät an eine Dip-Coater (Abbildung 3). Hinweis: Eine Leiterplatte mit der Säge Gerät behoben ist ausbessern Klebeband an der Dip-Coater befestigt ist, da die Dicke der Säge Gerät (0,5 mm) ist zu dünn, um direkt an der Bad-Coater befestigt werden.</li>
	<li>Das Gerät herunterziehen Sie, so dass die Zerstäubung Bereich Tauchen Sie in die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 0,2 mm/s. halten Sie das Gerät in 5 min-Lösung.</li>
	<li>Ziehen Sie das Gerät mit einer Geschwindigkeit von 1,7 mm/s. halten Sie das Gerät in der Luft für 5 Minuten.</li>
	<li>Spülen Sie das Gerät in reinem Wasser für 1 min.</li>
	<li>Halten Sie das Gerät in der Luft für 30 Minuten.</li>
</ol>(3) amorphen Teflon-Beschichtung
<ol><li>Bereiten Sie die amorphen Teflon-Material und Lösemittel zur Verdünnung. Passen Sie die Konzentration der amorphen Teflon-Lösung 3 % (V/V) mit dem Lösungsmittel.</li>
	<li>Stellen Sie das Gerät an eine Dip-Coater (Abbildung 3). Hinweis: Tauchbeschichtung wurde hier angenommen, da die gleichmäßige Beschichtung unverzichtbar ist. Verschlechterung der Atomisierung Effizienz aufgrund der Säge Dämpfung kann dazu führen, raue Beschichtung sowie Beschichtung, die zu dick ist.</li>
	<li>Das Gerät herunterziehen, so dass Zerstäubung Bereich liegt eingebettet in die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 0,2 mm/s. halten Sie das Gerät in Lösung für 15 s.</li>
	<li>Ziehen Sie das Gerät mit der Geschwindigkeit von 1,7 mm/s. halten Sie das Gerät in der Luft für 5 Minuten.</li>
	<li>Das Gerät herunterziehen, so dass Zerstäubung Bereich liegt eingebettet in die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 0,2 mm/s. halten Sie das Gerät in Lösung für 15 s.</li>
	<li>Ziehen Sie das Gerät mit der Geschwindigkeit von 1,7 mm/s. halten Sie das Gerät in der Luft für 30 Minuten.</li>
	<li>Backen Sie das Gerät bei 180 ° C für 60 min mit einer Heizplatte. Hinweis: Dicke der Beschichtung wurde etwa 400 nm nach Quarz Kristall Mikrowaage (QCM) Messung.</li>
</ol>(4) Versuchsaufbau für Zerstäubung
<ol><li>Montieren Sie die Säge-Gerät auf einer Leiterplatte. Hinweis: Da die Dicke der Säge Gerät 0,5 mm ist, kann es leicht gebrochen werden. Daher ist es notwendig, es mechanisch zu unterstützen.</li>
	<li>Messen Sie die Frequenz, die charakteristisch für die Säge Gerät Impedanz mit einer Netzwerk-Analyzer. Die Säge ist in den Analysator über eine Koaxial-Kabel-Verbindung von der Platine angeschlossen. Frequenzeigenschaften sollten Frequenzen zeigen, wohin imaginären Teile des Gerätes Eintritt auf Null, die Resonanzfrequenzen der Säge-Gerät sind Hinweis: Überprüfen Sie die RF-Dämpfung an der Säge-Gerät. Der Verlust des Geräts Säge erhöht, wenn es unsachgemäß beschichtet ist. Dieser Anstieg der Verlust tritt in der Regel aufgrund der Inhomogenität der Beschichtung oder übermäßig Dicke der Beschichtung; Daher sollte die Impedanz Merkmale vor und nach der Beschichtung verglichen werden. Die Zerstäubung kann nicht ausgeführt werden, wenn die Säge Dämpfung zu viel ist.</li>
	<li>Säge Gerät an einem Funktionsgenerator durch einen RF-Verstärker anschließen.</li>
	<li>Setzen Sie die Wellenform des RF-Burst-Signal an einen Funktionsgenerator (Abb. 4a). Die Burst-Signal für die Säge Gerät sollte eine Sinus-Welle, und die Einschaltdauer sollte 10 %. Die Wellenfrequenz sollte auch auf die Säge Gerät Resonanzfrequenz die charakteristische Impedanz-Messungen gewonnenen festgelegt werden.</li>
	<li>Schließen Sie einen Burst Rechtecksignal Generator an ein Magnetventil [dh., Mikro-Spender durch eine Ansteuerschaltung (Abbildung 5)], dass ein 24 V-Impuls-Signal an das Dosiergerät versorgt werden kann, die auch in der Diskussion18, genannt wird 19. Tipp: Für treibende Magnetventile eignet sich ein Transistor-Array. Bis zu acht Magnetventil können Ventile angesteuert werden, mit dem Transistor-Array in dieser Studie.</li>
	<li>Legen Sie die Mikro-Pumpe Druck auf die Flüssigkeit, die Mikro-Dispenser (Abbildung 5) fließen. Die Mikropumpe unterstützt die selbstansaugende Fähigkeit der Mikro-Dispenser20.</li>
	<li>Verwenden Sie ein Infrarot-Thermometer zur Messung der Temperatur des Gerätes sah, wenn nötig. Hinweis: Die Temperatur, bei der Säge Gerät Oberfläche in der Regel erreicht ca. 45 ° C als RF Signal (85 Vp-p und 10 % Einschaltdauer) platzte für 5 min angewendet wird.</li>
</ol>(5) Zerstäubung
<ol><li>Die Flüssigkeit (zB., Duft oder chemische verdünnt mit Ethanol) in ein Fläschchen.</li>
	<li>Legen Sie die Wellenform des das Pulssignal auf einem Mikro-Dispenser (Abbildung 4 b) angewendet. Das Impulssignal ist ein Rechtecksignal Pulsfolge mit 10 % Einschaltdauer und mit einem Funktionsgenerator generiert.</li>
	<li>Micro-Dispenser, einen Tropfen auf die Säge Gerät18jet zuweisen Sie das Pulssignal. Da ein einziges Tröpfchen aus dem Mikro-Spender nur wenige Nanoliter ist, braucht man eine Pulsfolge bilden eine größere Tröpfchen für Zerstäubung.</li>
	<li>Das Gerät sah Flüssigkeitströpfchen17zerstäuben zuweisen Sie der RF-Burst-Signal. Die Burst-Signal wird von einem Funktionsgenerator durch einen Verstärker nach Bildung der flüssigen Tröpfchen angewendet. Das Signal sollte beantragt werden, so lange Dampf aus der Atomisierung Prozess noch generiert wird. Hinweis: Die RF-Burst-Signal wird verwendet, um die durchschnittliche HF-Leistung anzupassen. Die Säge-Gerät kann einen Riss haben, wenn die HF-Leistung viel größer als 2 w ist.</li>
	<li>Beobachten Sie Säge Geräteoberfläche um die restlichen Tropfen zu inspizieren.</li>
	<li>Führen Sie das gleiche Verfahren wie in Schritten 4.1-4.7 und 5.1-5.5 für eine nackte sah Gerät. Vergleichen Sie dann die Menge der verbleibenden Tropfen auf das beschichtete Substrat mit, die vom bloßen.</li>
</ol>(6) Erkennung von Düften
<ol><li>Setzen Sie die Flüssigkeit in ein Fläschchen, wie im Schritt 5.1 getan.</li>
	<li>Passen Sie die Höhe von der Säge-Zerstäuber mit eine Buchse, so dass die Höhe des Teilnehmers Nase gleich bleibt.</li>
	<li>Verzichten Sie die Flüssigkeit auf die Säge Gerät.</li>
	<li>Schalten Sie den Lüfter.</li>
	<li>Lassen Sie die Teilnehmer um den Duft zu erkennen. Hinweis: Die Autoren haben die sensorische Prüfung statt VOC-Analyzer verwendet in den früheren Arbeiten seit die wahrgenommene Intensität anstatt Dampf Konzentration ausgewertet werden soll.</li>
</ol>

<ol><li>Yanagida, Y. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/6411380/">A survey of olfactory displays: Making and delivering scents.</a> IEEE Sensors. , 1-4 (2012).</li>
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<li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+X-Y+addressablematrix+odor-releasing+system+using+an+on-off+switchable+device%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">An X-Y addressablematrix odor-releasing system using an on-off switchable device.</a> Angewandte Chemie. 123 (30), 6903-6907 (2011).</li>
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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Eines der wichtigsten Komponenten in dieser Studie ist die Mikro-Dispenser, gebildet von einem High-Speed-Magnetventil Ventil18,19. Abbildung 8a zeigt das Prinzip der Mikro-Spender. Der Kolben wurde durch eine elektromagnetische Spule getrieben. Der Auslass ist komplett durch den Kolben in der OFF-Phase geschlossen. Den Kolben schnell bewegt Flüssigkeit vor während einer kurzen Phase, dann es zeichnen bewegt sich zurück an den ursprünglichen Speicherort und jets einen winzigen Tropfen aus einer Öffnung des Magnetventils, die durch die in Abbildung 8gezeigten Schaltung angetrieben wird. Ein Tropfen beträgt wenige Nanoliter. Die Frequenz des Ventils liegt zwischen 1 und 1000 Hz, die minimale Pulsbreite ist 0,5 ms, und es funktioniert viel schneller als eine typische Magnetventil. Der typische Abstand zwischen der Öffnung des Magnetventils und das Substrat war 15 mm. Diese Studie zeigte, dass die Menge der Flüssigkeit präzise und reproduzierbar ist; Darüber hinaus ist er robust gegen Bläschen.
Geruch Persistenz kann drastisch reduziert werden, aufgrund der amorphen Teflon-Coatingwhen eine olfaktorische Anzeige basiert auf einer Säge Zerstäuber dient21. Es kann weiter verbessert werden, wenn ein Kanal für übermitteln Lösungsmittel an der Substratoberfläche zur Reinigung verwendet wird.
Der entscheidende Schritt im Protokoll ist die Erregerfrequenz der Zerstäuber manuell einstellen, wenn sie von der optimalen abweicht. Dies sollte in Zukunft automatisch durchgeführt. Eine Änderung des ursprünglichen Protokolls war, gehören den Silanisierung Prozess seit Teflon Beschichtung selbst ohne Silanisierung zerstäubt wurde.
Es gibt zwei verbleibenden Fragen, die diese Technik, wobei die stehende Welle Problem zu begrenzen. Die stehende Welle wird ausgelöst bei Reflexion am Rand des Substrats. Da Bauch und Knoten erscheint in regelmäßigen Abständen, wird Zerstäubung am Knoten schwach. Obwohl wir eine Silikongel verwenden, um die stehende Welle zu unterdrücken, ist dies nicht ausreichend. Das Material der Wahl, die Schallenergie absorbieren ist notwendig.
Die zweite Einschränkung ist die Haltbarkeit der Teflon-Beschichtung. Die Teflon-Beschichtung ist teilweise nach Zerstäubung einer Flüssigkeit viele Male entfernt. Da der aktuelle Zustand für die Beschichtung nicht umfassend untersucht worden, können die Autoren es verlängern die Haltbarkeit der Teflon-Beschichtung optimieren.
Dennoch ist die Bedeutung des Protokolls in Bezug auf bestehende Verfahren der Reduktion der verbleibenden Flüssigkeit nach Zerstäubung auf einer Oberfläche mit Beschichtung im Vergleich zu ohne Beschichtung. Das Fortbestehen der Geruch ist so drastisch reduziert, da ist an anderer Stelle17beschrieben. Mit dieser Säge Gerät erfolgte Demonstration des olfaktorischen Displays. Die acht-Komponente olfaktorische Anzeige, Cassis, Orange, Whisky und ihre Mischung demonstrieren präsentierten sich an einen Benutzer mit Kopf montieren angezeigt (Abbildung 9)19. In diesem Fall funktioniert eine Säge-Gerät mit der vorgeschlagenen Beschichtung um gut zu Geruch Persistenz zu unterdrücken, die sonst die Qualität der Duft Präsentation erheblich verschlechtern können.
Die hier beschriebene Technik ist wichtig für die olfaktorischen Anzeige. Darüber hinaus gilt der Säge-Zerstäuber für einen Vernebler für medizinische Zwecke und Elektrospray-Ionisation für Massenspektrometrie. Die Zerstäubung Effizienz ist auch in diesen Anwendungen erforderlich.

Obwohl Geräte für anregenden visuellen und auditiven Sinne populär sind, präsentieren wir können nicht alle Empfindungen, die wir wahrnehmen; Allerdings können wir normalerweise eine Sensation mit nur diesen beiden Sinnen präsentieren. Eine olfaktorische Display ist ein Gadget, die einen Duft präsentieren kann, und es ist in der virtuellen Realität verwendet, so dass ein Benutzer Düfte1,2,3,4,5,6wahrnehmen kann, 7. Da Geruchssinn stark Emotionen trägt, ist ein olfaktorischer Reiz unabdingbar für die Verbesserung der Realität. Wir haben vorher studiert, Filme, Animationen und Spiele mit Düften8,9.
Mehrere Forscher untersuchten olfaktorische zeigt; Yanagida hat beispielsweise einen Duft-Projektor studiert, der liefert einen Duft an eine bestimmte Person, selbst wenn niemand um ihn oder sie es1wahrnimmt. Yamada Et Al. untersuchten eine Geruch Quelle Lokalisierung im virtuellen Raum mit einem einfachen Gaußverteilung Modell des Geruch Konzentration2. Kim Et Al. haben das Konzept von zweidimensionalen Arrays von Geruch freisetzenden Geräten 3vorgeschlagen. Darüber hinaus wurden einfache tragbare olfaktorische Displays und Ultraschall Phased-Array für die Steuerung der Richtung dieser Düfte vorgeschlagenen4,5,6.
Eines der Probleme im olfaktorischen Display ist Geruch Persistenz. Ein Benutzer kann den Geruch erkennen, selbst nachdem es in der Luft oder einem anderen Duft geändert werden soll. Da es wechseln zwischen Düfte so schnell wie möglich in der virtuellen Realität vorzuziehen ist, sollte der Geruch Persistenz Problem studiert werden.
Wir untersuchten die olfaktorische Anzeige mit einer Funktion von vielen Zutaten. Wir zuvor entwickelt dieses System über Magnetventile mit High-Speed-switching10. Obwohl es viele Zutaten stabil Überblendungen, konnten wir nicht noch das Problem der Geruch Beharrlichkeit lösen. So haben wir seitdem die olfaktorische Anzeige mit Mikro-Spender und eine Säge Zerstäuber11entwickelt. Obwohl ähnliche Techniken verwendet wurden, um flüssige Tröpfchen12,13,14zu manipulieren, haben wir es um Generation Duft angewandt. Die Säge-Gerät eignet sich für flüssige Tröpfchen zu vernebeln, da es flüssige Tröpfchen zerstäuben kann sofort15,16; Allerdings haben wir festgestellt, dass kleinen Flüssigkeitströpfchen auf einem piezoelektrischen Substrat nach der Zerstäubung zu bleiben. Diese kleinen Flüssigkeitströpfchen verursachen Geruch Beharrlichkeit, auch wenn die meisten der Flüssigkeit zerstäubt wird.
In der Regel ist eine Parfüm in einem Lösungsmittel wie Ethanol zur Senkung der Viskosität aufgelöst. Jedoch verwässerte Parfüm breitet sich auf der Oberfläche von einem piezoelektrischen Substrat aufgrund seiner hydrophilen Natur und die Zerstäubung Effizienz verschlechtert sich, wenn Dünnschicht ausbreitet. So ein Teil der Flüssigkeit bleibt auch nach der Zerstäubung, die entfernt werden können, auch wenn HF-Leistung erhöht. Da das Lösungsmittel verdunstet schnell nach, nur der Duft bleibt auf und hält sich an das Substrat.
In dieser Studie beschichten wir die Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats mit Teflon amorphe Dünnschicht, so wird es in der Natur hydrophobe. Da wir die Tröpfchen-ähnliche Kugel auf der hydrophoben Oberfläche halten kann, sinkt der Energiebedarf zum Lösen von Flüssigkeit aus der Substratoberfläche. Es wird erwartet, dass eine Zerstäubung Effizienz verbessert wird, wenn die Oberfläche der Säge Gerät hydrophobe wird. Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, die Zerstäubung Effizienz zu verbessern, so dass ein Duft sofort dargestellt wird und schnell nach seiner Präsentation verschwinden kann, letztlich zum olfaktorischen Anwendung anzuzeigen. In diesem Papier wir zeigen, wie eine Säge-Gerät mit amorphen Teflon-Folie beschichtet ist und zeigen die Verbesserung der Effizienz der Atomisierung und seine experimentellen Ergebnisse wurden in der Referenz-17beschrieben.

<table><tbody><tr><td>SAW-Gerät</td><td>Lightom</td><td></td><td>Maßgeschneiderte</td></tr><tr><td>Netzwerkanalysatoren</td><td>SDR-Kits</td><td>DG84AQ VNWA 3E</td><td></td></tr><tr><td>Tauchbeschichter</td><td>Aiden</td><td>DC4300</td><td></td></tr><tr><td>Silan-Haftvermittler</td><td>Shin-etsu Chemical</td><td>KBE 903</td><td></td></tr><tr><td>Cytop amorphe Teflonbeschichtung</td><td>Asahi Glas</td><td>CT107MK</td><td></td></tr><tr><td>Lösungsmittel zur Verdünnung der Cytop-Beschichtung</td><td>Asahi Glas</td><td>CT-SOLV100K</td><td></td></tr><tr><td>Magnetventil</td><td>Lee</td><td>INKA2438510H</td><td></td></tr><tr><td>Transistor Array</td><td>Texas Instrument</td><td>ULN2803A</td><td></td></tr><tr><td>HF-Leistungsverstärker</td><td>Mini-Circuits</td><td>ZHL-5W-1</td><td></td></tr><tr><td>Digitalkamera &nbsp;</td><td>Panasonic Corp</td><td>DMC-FZ300</td><td></td></tr><tr><td>Head Mount Display</td><td>Occulus</td><td>Occulus Rift Headset</td><td></td></tr><tr><td>Heizplatte</td><td>als ein</td><td>HHP-170A</td><td></td></tr></tbody></table>

erweiterungsmethode surface acoustic wave-zerstäuber wirkungsgrad für olfaktorische display

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

Da Geruchssinn ein wichtiger Sinn im menschlichen Schnittstellen ist, entwickelten wir eine olfaktorische Display über eine akustische Oberflächenwellen (SAW) Zerstäuber und Mikro-Dispenser. In diesem olfaktorischen Display ist die Effizienz der Atomisierung wichtig zur Vermeidung von Geruch Persistenz Probleme oft in menschlichen olfaktorischen Schnittstellen. Somit ist die Säge Gerät mit amorphen Teflon-Film, verändern die Substrat Art von hydrophil, hydrophob beschichtet. Es ist auch notwendig, Silanize der piezoelektrischen Substratoberfläche vor der Teflon-Beschichtung, die Haftung des Films zu verbessern. Ein Dip-Beschichtungsverfahren wurde angenommen, um gleichmäßige Beschichtung auf dem Untergrund zu erhalten. Das High-Speed-Magnetventil diente als Mikro-Dispenser, Auslauf einen Tropfen an der Säge Geräteoberfläche, da seine Genauigkeit und Reproduzierbarkeit hoch waren. Dann wurde die Zerstäubung einfacher auf dem hydrophoben Substrat. In dieser Studie wurde die amorphe Teflon-Beschichtung zur Minimierung der restlichen Flüssigkeit auf dem Substrat nach Zerstäubung untersucht. Das Ziel des hier beschriebenen Protokolls ist es, die Methoden für die Beschichtung einer Säge Geräteoberfläche mit amorphen Teflon-Film zeigen und erzeugen den Geruch mit der Säge Zerstäuber und eine Mikro-Dispenser, gefolgt von einem sensorischen Test.

Ein Mikroliter Ethanol wurde auf kahl und beschichtete LiNbO3 Substrate gelegt (Ethanol wurde in der Regel als Lösungsmittel für Parfüm verwendet). Ein dünner Film von Ethanol-Lösung wurde gebildet, nachdem es verbreitet auf das Substrat (Abb. 6a); auf der anderen Seite blieb die Kugel-wie Form auf das beschichtete Substrat (Abb. 6 b). Der Kontaktwinkel ein Mikroliter Wasser stieg von 50 bis 110 Grad nach der amorphen Teflon-Beschichtung (Abbildung 6 c und 6D). Es wurde festgestellt, dass die amorphe Teflon-Beschichtung des hydrophoben Charakters verbessert. Die Kugel-wie Form des Tropfens wurde auf das beschichtete Substrat gehalten, während die Flüssigkeit zu einem dünnen Film auf dem nackten Substrat zu verbreiten.
Als nächstes das Experiment mit Zerstäubung von 200 nL von Lavendel war durchgeführt (Abbildung 7). Die nachfolgenden Bilder der Atomisierung ohne und mit Beschichtung erscheinen in Abbildung 7a und 7 b. Die Anzahl der Frames, die von einer digitalen Kamera aufgenommen wurden Zeitskala auf den Fotos entnommen. Lavendel wurde verdünnt mit Ethanol (Verdünnungsverhältnis: 50: 1 V/V). Auf dem nackten Substrat verteilt die Flüssigkeit sofort, nachdem es verzichtet wurde. Bei 33 ms starke Zerstäubung aufgetreten in der Mitte der Flüssigkeit, während nur begrenzten Nebel am Rande Flüssigkeit innerhalb des Kreises erzeugt wurde, wie in Abbildung 7agezeigt. Bei 100 ms, Zerstäubung gestoppt; Also, obwohl Zerstäubung zuerst aufgetreten ist, beendet es bald nach. Dann blieb ein Teil der Flüssigkeit. Während das Lösungsmittel rasch verdunstet, blieb teilweise gelösten auf der Substratoberfläche; so, die restlichen gelösten verursacht schweren Geruch Persistenz. Auf der anderen Seite die Kugel-wie Form mit der Kontaktwinkel von mehr als 90 Grad auf das beschichtete Substrat beibehalten wurde, nachdem es verzichtet wurde (Abb. 7 b). Ein konzentrierter Nebel wurde während der Zerstäubung erzeugt. Nach Zerstäubung blieb viel weniger Flüssigkeit in einem kleineren Bereich in die kleinere Fläche im Vergleich zum bloßen Substrat. Da die restliche Flüssigkeit keine glatte und komplette Oberfläche war, aber stattdessen kleine einzelne Tröpfchen gebildet, ist es schwierig, genau zu berechnen, die Berichterstattung über Tröpfchen auf Teflon-Beschichtung. Grob gesagt, war die restliche Flüssigkeit auf der hydrophoben Oberfläche höchstens 10 % davon auf die hydrophile Oberfläche.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig1.jpg"> Abbildung 1: Säge Zerstäuber. (a) Konfiguration der Säge Gerät und (b) Grundsatz der Säge-Zerstäuber. Die Elektrode besteht aus Gold und Chrom. Abbildung 1a ist mit Erlaubnis20abgedruckt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig2.jpg"> Abbildung 2: Sah Gerät auf einer Leiterplatte.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig3.jpg"> Abbildung 3: Dip-Coater in dieser Studie verwendet.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig4.jpg"> Abbildung 4: Sequenzen Zeit. (a) Wellenform des RF-Burst-Signal. Die typischen Werte von Vpp und TR sind 85 Vp-p und 1 s, beziehungsweise. Eine typische Tastverhältnis wie/t THR 10 % ist. (b) Wellenform auf einem Mikro-Dispenser angewendet. Die typische Tw, T und N sind 1 ms, 10 ms und 70 pulsiert, beziehungsweise.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig5.jpg"> Abbildung 5: Versuchsaufbau für flüssige Tröpfchen zerstäuben. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig6.jpg"> Abbildung 6: Vergleich der Tropfen-Form zwischen kahl und beschichtete Subtrates. Gezeigt werden (a) eine Draufsicht auf den dünnen Film auf der nackten Lithium Niobat Oberfläche und (b) Seitenansicht der Tropfen auf dem beschichteten. Ein Mikroliter Ethanol diente in (a) und (b). Hier, (C) und (d) Seitenansicht von einem Mikroliter Wasser bzw. auf den nackten und beschichteten Substraten zeigen. Diese Zahl wurde mit Erlaubnis17reproduziert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig7.jpg"> Abbildung 7: Zerstäubung des flüssigen Tröpfchen. Gezeigt werden (a) hydrophile Oberfläche (nackten Lithium Niobat) und (b) hydrophobe Oberfläche (Substrat mit amorphen Teflon beschichtet). Die Probe ist 200 nL von Lavendel. Diese Zahl wurde mit Erlaubnis17reproduziert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig8.jpg"> Abbildung 8: Micro-Dispenser auf der Grundlage eines Magnetventils. Gezeigt werden (a) die Mikro-Dispenser-Prinzip und (b) eine Treiberschaltung für einen einzigen Kanal. Diese Zahl ist mit Erlaubnis20abgedruckt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig9.jpg"> Abbildung 9: Anwendung der Säge-Zerstäuber mit amorphen Teflon-Film beschichtet. Forschung-Demonstration vom Intelligent User Interfaces (IUI) Symposium 2018 in Tokio, Japan.

Wir schaffen hier ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eine akustische Oberflächenwellen (SAW) Gerät mit amorphen Teflon-Film um die Zerstäubung Effizienz für Anwendung zu einer olfaktorischen Anzeige erforderlich.

Erweiterungsmethode Surface Acoustic Wave-Zerstäuber Wirkungsgrad für olfaktorische Display

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

Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der menschlichen Schnittstelle zu beantworten. Zum Beispiel viele bezogen sich auf olfaktorische virtuelle Realität. In unserem System überstrahlt ein Mikrospender ein paar Nanolitertröpfchen auf eine Oberfläche.Dann teilt sich eine Oberflächen-Akustikwelle, zerstäubt das Tröpfchen, um schnell einen Geruch zu präsentieren. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist wichtig, um das Optimierungsverhalten anzuzeigen. Bereiten Sie das Oberflächen-Akustikwellengerät für die Geruchsanzeige vor.Dieses Gerät verfügt über einen interdigitierten Messumformer mit Reflektoren an einem Ende eines piezoelektrischen Substrats. Weitere Details finden Sie in diesem Schaltplan. Die Geberregion hat 21 Fingerpaare.Der Reflektor hat 32 Fingerpaare. Der Zerstäubungsbereich ist blau dargestellt. Bereiten Sie ein aminobasiertes Silan-Kupplungsmittel vor und legen Sie es beiseite.Reinigen Sie das Gerät vor der Silanisierung mit einem acetongetränkten Wattestäbchen. Wenn Sie fertig sind, nehmen Sie das Gerät zu einem Tauchlacker und befestigen Sie es. Richten Sie das Gerät so aus, dass der Zerstäubungsbereich eingetaucht wird.Als nächstes legen Sie die Silan-Kupplungslösung für den Einsatz mit dem Tauchlacker. Senken Sie dann das Gerät, um den Zerstäubungsbereich einzutauchen. Es ist wichtig, die Tauchgeschwindigkeit langsam und konstant zu halten, um eine gleichmäßige Filmbeschichtung zu erhalten.Bewahren Sie das Gerät fünf Minuten in der Lösung auf. Heben Sie das Gerät aus der Lösung heraus. Halten Sie das Gerät fünf Minuten in der Luft.Als nächstes entfernen Sie das Gerät aus dem Tauchlacker und spülen Es eine Minute lang in reinem Wasser aus. Drehen Sie dann das Gerät mit der gleichen Ausrichtung an den Tauchlacker. Entfernen Sie das Silanisationsmittel aus dem Tauchlacker.Fahren Sie fort, um das amorphe Teflonmaterial in Lösungsmittel vorzubereiten. Nehmen Sie die Lösung auf den Tauchlacker, und setzen Sie es in Position für den Einsatz. Stellen Sie sicher, dass das Gerät montiert ist, um den Zerstäubungsbereich einzutauchen.Sobald alles fertig ist, senken Sie das Gerät. Halten Sie den Zerstäubungsbereich 15 Sekunden in der Lösung auf. Heben Sie das Gerät aus der Lösung heraus.Halten Sie das Gerät fünf Minuten in der Luft. Senken Sie das Gerät ein zweites Mal in die Lösung, und warten Sie 15 Sekunden. Heben Sie dann das Gerät an und lassen Sie es 30 Minuten in der Luft.Entfernen Sie als Nächstes das Gerät aus dem Tauchlack. Legen Sie es auf eine heiße Platte bei 180 Grad Celsius, um für 60 Minuten zu backen. Bereiten Sie das SAW-Gerät für das Experiment vor.Montieren Sie es auf einer Aluminium-Leiterplatte mit Aluminiumfolie und leitfähiger Paste. Als nächstes montieren Sie die Platine mit dem Gerät auf einer Plattform. Schließen Sie das Gerät an einen HF-Leistungsverstärker an, der von einem Funktionsgenerator angetrieben wird.Stellen Sie die Wellenform des HF-Burstsignals als Sin-Welle mit einem Betriebszyklus von 10 Prozent ein. Stellen Sie die Wellenfrequenz auf die Schwingungsfrequenz des oberflächenakustischen Wellengeräts ein. Als nächstes schließen Sie einen Burst-Quadratwellengenerator an, um ein 24-Volt-Impulssignal an ein Magnetventil zu ermöglichen, das als Mikrospender verwendet wird.Richten Sie eine Mikroluftpumpe ein, um Flüssigkeit aus einem Reservoir zum Mikrospender zu treiben. Verwenden Sie eine Luftpumpe, um zu gewährleisten, dass der Mikrospender zur Optimierung mit Flüssigkeit gefüllt ist. Fahren Sie mit dem Studium der Zerstäubung mit dem Gerät fort.Flüssigkeit in eine Durchstechflasche geben und in den Aufbau legen. Luft gelangt durch die Wirkung der Mikroluftpumpe in die Durchstechflasche. Die Flüssigkeit aus der Durchstechflasche geht an das Magnetventil.Das Ventil ist so eingestellt, dass Flüssigkeit auf dem Zerstäubungsbereich des Geräts abgegeben wird. Stellen Sie die Wellenform des Auf-Magnetsignals auf das Magnetventil ein. Verwenden Sie den Funktionsgenerator, um eine rechteckige Wellenimpulsfolge mit einem Zollzyklus von 10 Prozent einzustellen.Beobachten Sie die Oberfläche des Geräts. Im Laufe der Zeit bildet die Pulssequenz ein großes Tröpfchen für die Zerstäubung. Tragen Sie das HF-Burstsignal so lange wie nötig auf das Gerät auf, um das Tröpfchen zu zerstäuben.Beobachten Sie die Oberfläche des Geräts, um die Zerstäubung zu beobachten und den verbleibenden Flüssigkeitstropfen zu untersuchen. Sobald das System bereit ist, rekrutieren Sie eine Person, um Düfte zu erkennen. Lassen Sie die Person mit der Nase 20 bis 30 Zentimeter vor dem Zerstäubungsbereich sitzen.Passen Sie die Höhe des Zerstäubers an die Nase des Teilnehmers an. Geben Sie die Flüssigkeit auf das Gerät und zerstäuben Sie sie. Erlauben Sie dem Teilnehmer, den Duft zu erkennen.In dieser Ansicht einer nackten Lithium-Niobat-Oberfläche hat sich ein Mikroliter Ethanol zu einem dünnen Film ausgebreitet. Im Gegensatz dazu zeigt diese Seitenansicht einer beschichteten Geräteoberfläche die Bildung eines Tröpfchens. Dies ist ein Mikroliter Tröpfchen Wasser auf einer nackten Oberfläche.Es breitete sich schließlich in einen dünnen Film aus. Ein Mikroliter-Tropfen Wasser auf einer beschichteten Oberfläche blieb bestehen. In dieser Sequenz wird ein dünner Lavendelfilm auf einer unbeschichteten Oberfläche zerstäubt.Starke Zerstäubung tritt in der Mitte der Flüssigkeit auf, aber nicht am Rand. Am Ende bleibt ein Teil der Flüssigkeit. Eine ähnliche Sequenz für einen Lavendeltropfen, der auf einer beschichteten Oberfläche gebildet wird, zeigt einen konzentrierten Nebel während der Zerstäubung.Im Vergleich zur unbeschichteten Oberfläche wurde nach der Zerstäubung viel weniger Flüssigkeit in einem kleineren Bereich zurückgelassen. Das Flüssigtröpfchen auf der amorphen Teflonoberfläche ist fast vollständig zerstäubt, was auf eine verbesserte Zerstäubungseffizienz im Vergleich zu einem unbeschichteten Gerät hindeutet. Weniger Tröpfchen bleiben aufgrund von Effizienzsteigerungen zurück, was hilft, Geruchspersistenzprobleme in olfaktorischen Displays in der virtuellen Umgebung zu lösen.Obwohl dies eine grundlegende Technologie ist, um olfaktorische virtuelle Realität zu realisieren, kann eine Vielzahl anderer Wertschätzungen entstehen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Immunology and Infection

Immunologie und Infektion

Olfaktorische Rezeptor-Neuronen (ORN) zu konvertieren Geruchs-Signale zunächst in einem Rezeptor Strom, wiederum löst Aktionspotentiale, die bis zur zweiten Ordnung Neuronen im Riechkolben gefördert werden. Hier beschreiben wir die Saugpipette Technik gleichzeitig aufzeichnen Duftstoff-induzierte Rezeptor-Strom-und Aktionspotentiale aus Maus ORN.

Odorant-induzierten Reaktionen aus olfaktorischen Rezeptor-Neuronen mit der Saugpipette Technik aufgenommen

Eine vertikale, T-Labyrinth Olfaktometer wird zur Bestimmung des Verhaltens Reaktion der Arthropoden beschrieben. Das Olfaktometer ermöglicht der Experimentator, Entscheidungen von Versuchspersonen durchgeführt messen, wenn zwei potenzielle Geruch Feldern ausgesetzt. Beide Attraktion und Abstoßung von Geruchsstoffen kann mit diesem Gerät gemessen werden.

Vertical T-Labyrinth Wahl Assay für Gliederfüßer Response to Geruchsstoffe

Dieses Manuskript überprüft die Modellierung und Simulationen verschiedener Protokolle zur Verabreichung von Medikamenten an die olfaktorische Region in bildbasierten nasalen Atemwegsmodellen. Mehrere Softwaremodule werden verwendet, um das anatomisch genaue Nasenmodell zu entwickeln, ein rechnerisches Netz zu erstellen, Nasenluftströmungen zu simulieren und die Partikelablagerung im olfaktorischen Bereich vorherzusagen.

Modellierung und Simulation der olfaktorischen Drug Delivery mit passiven und aktiven Steuerung von Nasal Inhaled Pharmaceutical Aerosols

Wir stellen die technischen Herausforderungen und Lösungen für den Erhalt zuverlässiger funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) Daten aus dem menschlichen zentralen olfaktorischen System vor. Dazu gehören besondere Überlegungen im olfaktorischen fMRI-Paradigmen-Design, Beschreibungen der fMRI-Datenerfassung mit einem MRI-kompatiblen Olfaktometer, Odorant-Auswahl und einem speziellen Software-Tool für die Daten-Nachbearbeitung.

Eine frei atmende fMRI-Methode zur Untersuchung der menschlichen olfaktorischen Funktion

Das Gesamtziel dieses Protokolls ist es, zu zeigen, wie man Geruchsstoffe mit geringer Flüchtigkeit für die Single-Sensillum-Aufzeichnung von Drosophila- olfaktorischen Rezeptor-Neuronen, die auf langkettige cutikuläre Pheromone reagieren, präsentieren kann.

Elektrophysiologische Aufzeichnung von<em&gt; Drosophila</em&gt; Trichoid Sensilla in Reaktion auf Odoranten der niedrigen Volatilität

Ein Protokoll für die Manipulation der Mikropartikel in einem mikrofluidischen Kanal mit einem Zweifrequenz-Erregung wird vorgestellt.

Mikropartikel Manipulation durch ständigen akustischen Oberflächenwellen mit Zweifrequenz-Erregungen

Physiologisch werden durch Geruchsstoff Moleküle in der Dampfphase eingeatmet Geruchsstoff Rezeptoren aktiviert. Jedoch verwenden die meisten in-vitro-Systeme Flüssigphase Geruchsstoff Stimulation. Hier präsentieren wir Ihnen eine Methode, die erlaubt, in-vitro-Echtzeitüberwachung der Duftstoff-Rezeptor-Aktivierung bei Geruchsstoff Stimulation in der Dampfphase.

In-vitro-Überwachung der Duftstoff-Rezeptor-Aktivierung durch einen Geruchsstoff in der Dampfphase in Echtzeit

Wir demonstrieren die Herstellung von Nanohöhenkanälen mit der Integration von Oberflächen-Akustikwellenbetätigungsgeräten auf Lithiumniobat für akustische Nanofluidik mittels Liftoff-Photolithographie, nano-tiefen reaktiver Ionenätzung und Raumtemperatur-Plasma oberflächenaktivierte Mehrschichtbindung von Einkristall-Lithiumniobat, ein Prozess, der ähnlich nützlich ist, um Lithiumniobat mit Oxiden zu verkleben.

Herstellung von Nanohöhenkanälen mit Oberflächen-Akustikwellenbetätigung über Lithiumniobat für akustische Nanofluidik

Die Herstellung von piezoelektrischen Dickenmodus-Wandlern durch Gleichstrom-Sputtern von Plattenelektroden auf Lithiumniobat wird beschrieben. Darüber hinaus wird ein zuverlässiger Betrieb mit einem Messumformerhalter und Flüssigkeitsversorgungssystem erreicht und die Charakterisierung wird durch Impedanzanalyse, Laserdopplervibrometrie, Hochgeschwindigkeits-Bildgebung und Tröpfchengrößenverteilung mittels Laserstreuung demonstriert.

Herstellung und Charakterisierung von Piezoelektrischen Geräten für Zerstäubung und Akustofluidik

Optisch aktivierte Perfluorcarbon-Nanotröpfchen sind vielversprechend in bildgebenden Anwendungen außerhalb des Gefäßsystems. Dieser Artikel zeigt, wie diese Partikel synthetisiert, Polyacrylamidphantome vernetzt und die Tröpfchen akustisch moduliert werden, um ihr Signal zu verstärken.

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Dieses Protokoll beschreibt den Aufbau eines Olfaktometers für Go/No-Go-Experimente zum Geruchsverhalten. Es werden Schritt-für-Schritt-Anleitungen zusammen mit Bildern bereitgestellt, um den erfolgreichen Bau des Olfaktometers zu gewährleisten. Informationen zur Fehlerbehebung von Problemen, die während des Prozesses auftreten, sind ebenfalls enthalten.

Bau eines Olfaktometers für Studien zum Geruchsverhalten von Nagetieren

Erfahren Sie die Verbesserung der Zerstäubungseffizienz von Oberflächenakustikwellen-Geräten durch amorphe Teflon-Beschichtung für olfaktorische Displays. Diese Methode ermöglicht realistischere Dufterlebnisse in virtueller Realität.

Erweiterungsmethode Surface Acoustic Wave-Zerstäuber Wirkungsgrad für olfaktorische Display

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