Name: שיטת שיפור של יעילות משטח אקוסטית גל-atomizer ב תצוגה חוש הריח (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-14T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 6 s
Description: למדו שיטה לשיפור יעילות האטומיזציה של מכשירי גל אקוסטי משטחי באמצעות ציפוי טפלון אמורפי. טכניקה זו מייעלת את הצגת הריחות בתצוגות חוש הריח ומקדמת את תחום המציאות המדומה האולפקטורית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה מומן בחלקו על ידי תוכנית מיראי JST, גרנט מספר JPMJMI17DD.

השיטות המתוארות כאן אושרו על-ידי האדם מחקר אתיקה הוועדה של טוקיו במכון הטכנולוגי.
1. ראה מכשיר הכנה ובדיקת עכבה
<ol><li>הכנת התקן המסור 10 מגה-הרץ על מצע3 LiNbO [128o-מסובב. חיתוך-Y, X הפצה, עם האצבע 21, זוגות IDT (מתמר הבין-digitated)], ביחד עם מחזירי אור עשוי 32 זוגות האצבע בצד אחד IDT, כפי שמוצג באיור 1a. הערה: איור 1b מציג עקרון atomization. המסור מומר אורכי גל ה-droplet נוזלי. ערפל נוצר עקב זרימה אקוסטית אם האנרגיה המסור הוא גדול מספיק. הערה: המכשיר מסור היה מפוברק על ידי היצרן באמצעות פוטוליתוגרפיה טיפוסי על פי התבנית אלקטרודה שתכנן המחברים. המצע פיזואלקטריים שהוזכרו לעיל נבחר בשל מקדם גבוה צימוד אלקטרו-מכאניים.</li>
	<li>לטעון את המכשיר המסור באמצעות נייר אלומיניום והדבק מוליך על מעגל מודפס עשוי אלומיניום (שתוכנן עבור התקן זה מסור) שבו המחבר SMA מצורפת (איור 2). הערה: לוח מעגלים מודפסים עשוי אלומיניום יעילה עבור חום וקרינה.</li>
	<li>למדוד את התדירות האופיינית של עכבה באמצעות מנתח רשת. המכשיר המסור מחובר במנתח באמצעות חיבור כבל קואקסיאלי מהלוח מעגלים מודפסים. מאפיינים תדירות צריך להראות. תדרים איפה חלקים דמיוניים של הכניסה המכשיר לאפס, אשר ראה מכשיר התדרים תהודה. הערה: כאשר אובדן אקוסטית במכשיר גדול, atomization אינו מתרחש. אובדן אקוסטית ניתן לבדוק על ידי מדידת המאפיין תדר של התנגדות. כאשר המכשיר המסור מצופה טפלון הסרט, ההבדל בין המאפיינים תדירות לפני ואחרי ציפוי צריך להיות במעקב כדי לבדוק אם הסרט הוא עבה מדי.</li>
</ol>2. Silanization
<ol><li>הכינו את silane אמינו מבוססי צימוד הסוכן (3-ahhminopropyltriethoxy silane). התאם את הריכוז שלו ל- 0.5% (v/v) במים באמצעות פיפטה. הערה: Silanization היא חובה כדי לשפר את הידבקות של ציפוי טפלון אמורפי. ציפוי טפלון מוסר במהלך atomization אם silanization לא מתבצע.</li>
	<li>לנקות את השטח של המכשיר המסור באמצעות מקלון צמר גפן ספוג עם אצטון.</li>
	<li>להגדיר את המכשיר coater מח ש (איור 3). הערה: לוח מעגל מודפס שם המכשיר המסור קבוע באמצעות תיקון הקלטת מחובר coater מח ש, מאז העובי של המכשיר המסור (0.5 מ"מ) הוא רזה יצורף coater מטבל ישירות.</li>
	<li>משוך את המכשיר כך האזור atomization יכול להיות שקוע הפתרון במהירות של 0.2 מ מ/ס לשמור על המכשיר בתמיסה למשך 5 דקות.</li>
	<li>. תעלה את המכשיר במהירות של 1.7 מ"מ/s. לשמור את המכשיר באוויר במשך 5 דקות.</li>
	<li>יש לשטוף את המכשיר במים טהורים עבור 1 דקות.</li>
	<li>לשמור את המכשיר באוויר למשך 30 דקות.</li>
</ol>3. ציפוי טפלון אמורפי
<ol><li>היכונו דילול הממס והחומרים טפלון אמורפי. התאם את הריכוז של הפתרון טפלון אמורפי 3% (v/v) באמצעות הממיס.</li>
	<li>להגדיר את המכשיר coater מח ש (איור 3). הערה: מח ש ציפוי אומצה כאן, מאז ציפוי אחיד היא הכרחית. ציפוי קשה, כמו גם ציפוי עבה מדי עלולה לגרום החמרה של יעילות atomization עקב המסור הנחתה.</li>
	<li>משוך את המכשיר כך atomization אזור הוא שקוע הפתרון במהירות של 0.2 מ מ/ס לשמור על המכשיר ב פתרון עבור 15 s.</li>
	<li>. תעלה את המכשיר במהירות של 1.7 מ"מ/s. לשמור את המכשיר באוויר במשך 5 דקות.</li>
	<li>משוך את המכשיר כך atomization אזור הוא שקוע הפתרון במהירות של 0.2 מ מ/ס לשמור על המכשיר ב פתרון עבור 15 s.</li>
	<li>. תעלה את המכשיר במהירות של 1.7 מ"מ/s. לשמור את המכשיר באוויר למשך 30 דקות.</li>
	<li>אופים את המכשיר ב 180 מעלות צלזיוס במשך 60 דקות באמצעות צלחת חמה. הערה: עובי הציפוי היה כ 400 nm בהתאם מידה microbalance (QCM) גביש הקוורץ.</li>
</ol>4. ניסיוני מה השטויות Atomization
<ol><li>טעינת המכשיר ראיתי על לוח מעגלים מודפסים. הערה: מאחר העובי של המכשיר המסור 0.5 מ מ, ניתן לשבור בקלות. לכן, זה הכרחי לתמוך בה באופן מכני.</li>
	<li>למדוד את התדירות האופיינית של עכבה התקן המסור באמצעות מנתח רשת. המכשיר המסור מחובר במנתח באמצעות חיבור כבל קואקסיאלי של המעגלים המודפסים. מאפיינים תדירות צריך להראות. תדרים איפה חלקים דמיוניים של הכניסה המכשיר לאפס, אשר ראה מכשיר התדרים תהודה הערה: בדוק את הנחתה RF-המכשיר המסור. האובדן של המכשיר המסור עולה. כאשר זה באופן בלתי הולם מצופה. עלייה זו לאובדן מתרחשת בדרך כלל עקב ציפוי inhomogeneity או מופרז עובי ציפוי; לכן, צריך להשוות את מאפייני עכבה לפני ואחרי ציפוי. אין אפשרות לבצע את atomization אם הנחתה ראתה זה יותר מדי.</li>
	<li>מחבר את המכשיר המסור מחולל אותות דרך מגבר כוח RF.</li>
	<li>להגדיר על צורת גל של האות פרץ RF מחולל אותות (איור 4a). האות פרץ המכשיר המסור צריך להיות גל סינוס, מחזור חיים שלה אמור להיות 10%. עליך גם להגדיר את תדירות גל על תדירות תהודה התקן ראה המתקבל על מדידות עכבה אופיינית.</li>
	<li>להתחבר גנרטור גל מרובע פרץ שסתום סולנואיד [כלומר., מיקרו-מפיק מגבונים לחים במעגל נהיגה (איור 5)] כך אות דופק 24 V יכולות להיות מסופקות מנפק, אשר מוזכר גם הדיון18, 19. טיפ: עבור נהיגה ברזים, מערך טרנזיסטור הוא נוח. עד שמונה סולנואיד שסתומים יכול להיות מונע באמצעות המערך טרנזיסטור במחקר זה.</li>
	<li>הגדר את משאבת המיקרו שתלחצי לזרום הנוזל המיקרו-מפיק מגבונים לחים (איור 5). המיקרו-המשאבה תומך את יכולת עצמית priming מתוך20מיקרו-מפיק מגבונים לחים.</li>
	<li>השתמש עם מד חום אינפרא אדום כדי למדוד את הטמפרטורה של המכשיר המסור, במידת הצורך. הערה:, הטמפרטורה של המכשיר ראה פני השטח בדרך כלל מגיע בסביבות 45 מעלות צלזיוס, כאשר הגג פרץ אות (סמנכ ל 85-p ו- 10% מחזור) מוחל במשך 5 דקות.</li>
</ol>5. atomization
<ol><li>לשים את הנוזל (כלומר., ניחוח או כימי מדולל עם אתנול) לתוך מבחנה.</li>
	<li>הגדר על צורת גל של האות הדופק חלה על מתקן מיקרו (איור 4b). האות הדופק ברצף הדופק גל מרובע בעל מחזור 10%, הנוצרת באמצעות גנרטור פונקציה.</li>
	<li>להחיל את האות הדופק המיקרו-מנפק כדי סילון נוזלי droplet התקן ראה לכביש18. מאז droplet יחיד של המיקרו-מנפק הוא רק כמה nanoliters, רצף הדופק יש צורך ליצור droplet גדול יותר עבור atomization.</li>
	<li>להחיל את האות פרץ RF המסור להתקן להפריד לאטומים טיפות נוזל17. האות פרץ מוחל החל גנרטור פונקציה באמצעות מגבר לאחר היווצרות טיפות נוזל. צריך להיות מיושם את האות עבור כל עוד אדי מופק עדיין תהליך atomization. הערה: האות RF פרץ משמש להתאמת החשמל הממוצעת RF. המכשיר המסור ייתכן סדק אם הכוח RF הוא הרבה יותר גדול מאשר 2 W.</li>
	<li>לבחון את פני השטח של המסור התקן כדי לבחון את ה-droplet נוזלי הנותרים.</li>
	<li>בצע את ההליך כפי שנעשה צעדים 4.1-4.7 וראיתי 5.1-5.5 עבור מבוהן התקן. לאחר מכן, השווה את כמות נותרת droplet נוזלי על המצע מצופה עם זה אחד חשוף.</li>
</ol>6. זיהוי ריחות
<ol><li>מכניסים את הנוזל לתוך בקבוקון כפי שנעשה צעד 5.1.</li>
	<li>להתאים את גובה atomizer ב המסור באמצעות שקע כך את גובהו נותר שווה ל האף של המשתתף.</li>
	<li>לוותר על הנוזל לתוך ההתקן המסור.</li>
	<li>תדליק את המאוורר.</li>
	<li>לאפשר את המשתתף לזהות את הריח. שים לב: המחברים עשה את תחושתי הבדיקה במקום מנתח VOC בשימוש בעבודה הקודמת מאז עוצמת נתפס במקום ריכוז אדי צריך להעריך.</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>
<li>Yamada, T., Yokoyama, S., Tanikawa, T., Hirota, K., Hirose, M. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1667645/">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/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>
<li>Amores, J., Maes, P. <a target="_blank" href="http://edithlaw.ca/cs889/2018/reading/Sensing/Paper8.pdf">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="https://www.semanticscholar.org/paper/inScent%3A-a-wearable-olfactory-display-as-an-for-Dobbelstein-Herrdum/49509328138f483de3510d5fbbbba101a09f2066">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="https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=8260917">Midair Ultrasound Fragrance Rendering.</a> IEEE Transaction ON VISUALIZATION AND COMPUTER GRAPHICS. 24 (4), 1477-1485 (2018).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Essentials+of+machine+olfaction+and+taste%22">Essentials of machine olfaction and taste</a>. Nakamoto, T. , Wiley. 247-314 (2016).</li>
<li>Nakamoto, T., Yoshikawa, K. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/1667665/">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/pubmed?term=((Cooking+up+an+interactive+olfactory+game+display%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Computer+Graphics+and+Application%22%5BJournal%5D)">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="https://ieeexplore.ieee.org/document/4161021/">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="https://ieeexplore.ieee.org/document/7447720/">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="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400506003212">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="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15257426">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/pubmed?term=((Surface+Acoustic+Wave+Nebulization+of+Peptides+as+a+Microfluidic+Interface+for+Mass+Spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">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.kurosawa.ip.titech.ac.jp/publications/international_conf/mems95mk.pdf">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="https://ieeexplore.ieee.org/document/67063/">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="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400518302697">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="https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejsmas/138/6/138_220/_article/-char/en">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="https://dl.acm.org/citation.cfm?doid=3180308.3180331">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="https://ieeexplore.ieee.org/document/8357566/">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. Olfactory Display Based on Sniffing Action. IEEE Conference on Virtual Reality. , (2018).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

אחד המרכיבים העיקריים במחקר זה הוא המיקרו-מנפק עשוי18,שסתום סולנואיד במהירות גבוהה19. איור 8a מציג עקרון זה המיקרו-מפיק מגבונים לחים. הבוכנה היה מונע על ידי סליל אלקטרומגנטית. אאוטלט שלה סגור לחלוטין על ידי הבוכנה במהלך שלב OFF. הבוכנה במהירות מהלכים כדי לצייר נוזלי בחזית בזמן קצר על שלב, ואז זה עובר בחזרה למיקום המקורי, מטוסי droplet נוזלי קטן מ דיזה של ברז, המונעת על ידי המעגל שמוצג באיור 8 ב'. הסכום של אחד droplet נוזלי הוא מספר nanoliters. התדירות של השסתום הוא בין 1 ו 1000 הרץ, ורוחבו המינימלי הדופק 0.5 ms, זה עובד הרבה יותר מהר מאשר שסתום סולנואיד טיפוסי. המרחק הטיפוסי בין כגדולים של ברז חשמלי המצע היה 15 מ מ. מחקר זה הראה כי כמות הנוזל הוא מדויק לשחזור; יתר על כן, זה עמיד נגד בועות.
התמדה הריח יכול להיות מופחת באופן דרסטי בשל coatingwhen טפלון אמורפי התצוגה חוש הריח בהתבסס על atomizer ב ראה משמש21. ניתן עוד לשפר כאשר ערוץ ייעודי לספק ממיסים פני המצע ניקוי משמש.
השלב הקריטי של התקנון היא התאמה ידנית תדירות עירור atomizer ב כאשר הוא סוטה מן האחד אופטימלית. זה באופן אוטומטי לבצע בעתיד. שינוי פרוטוקול הראשונית הייתה לכלול את תהליך silanization מאז טפלון ציפוי עצמה, מבלי silanization היה אטומיזציה.
ישנן שתי בעיות הנותרות המגבילות טכניקה זו, אחד להיות הבעיה גל עומד. גל עומד נוצר כאשר ההשתקפות בקצה של המצע. מאז antinode וצומת מופיע מעת לעת, atomization הופך להיות חלש על הצומת. למרות נשתמש ג'ל סיליקון כדי לדכא את גל עומד, זה לא מספיק. חומר טוב יותר לקלוט את האנרגיה אקוסטית היא הכרחית.
המגבלה השנייה היא העמידות של ציפוי טפלון. ציפוי טפלון הוא הוסר חלקית לאחר atomizing נוזל פעמים רבות. מאז המצב הנוכחי לציפוי לא נחקרה בהרחבה, המחברים באפשרותך למטב זה כדי להרחיב את העמידות של ציפוי טפלון.
בכל זאת, המשמעות של הפרוטוקול ביחס שיטות קיימות היא הפחתת הנוזל הנותר לאחר atomization על משטח עם ציפוי בהשוואה ללא ציפוי. לפיכך, התמדתו הריח מצטמצם באופן דרסטי כפי שתואר במקומות אחרים17. שימוש במכשיר זה המסור, הפגנה של התצוגה חוש הריח בוצעה. 8-רכיב התצוגה חוש הריח להפגין קסיס, תפוז, וויסקי, תערובת שלהם הוצגו משתמש עם ראש הר להציג (איור 9)19. במצב זה, התקן ראה עם הציפוי המוצע עובד היטב כדי לדכא את הריח התמדה, אשר אחרת יכול להתדרדר במידה ניכרת את איכות המצגת הריח.
בטכניקה המתוארת כאן חשוב עבור התצוגה חוש הריח. יתר על כן, atomizer ב המסור ישימה לתת לה משאף לשימוש רפואי, יינון ספקטרומטריית electrospray עבור ספקטרומטר מסה. היעילות atomization נדרש גם ביישומים אלה.

למרות מכשירי גירוי החושים חזותיים ושמיעתיים פופולרי, אנחנו לא יכול להציג את כל התחושות כך אנו תופסים; אנחנו בדרך כלל יכול להציג סנסציה באמצעות רק אלה בשני מובנים. התצוגה חוש הריח הוא גאדג'ט זה יכול להציג ריח, הוא משמש במציאות וירטואלית כך המשתמש הניתן ניחוחות1,2,3,4,5,6, 7. מאז חוש הריח תורמת רבות רגשות, גירוי חוש הריח הוא חיוני לשיפור המציאות. למדנו בעבר סרטים, אנימציות ומשחקים עם ניחוחות8,9.
מספר חוקרים חקרו מציג חוש הריח; לדוגמה, Yanagida למד מקרן הריח המספק ניחוח לאדם מסוים גם כאשר אף אחד בסביבה אותו או אותה מפיק אותה1. יאמאדה ואח למדו על לוקליזציה מקור הריח בחלל וירטואלי באמצעות מודל פשוט Gaussian הפצה של ריח ריכוז2. קים ואח הציעו את הרעיון של מערכים דו מימדי של התקנים משחרר ריח 3. יתר על כן, פשוט מציג חוש הריח לביש את מערך מופע קולי עבור שליטה על הכיוון של הניחוחות האלה היו המוצע4,5,6.
אחת הבעיות בתצוגת חוש הריח הוא הריח התמדה. משתמש עשוי לזהות את הריח גם לאחר הכוונה היא לשנות את האוויר או ריח אחר. מאז עדיף לעבור בין ניחוחות במהירות האפשרית במציאות וירטואלית, הבעיה התמדה הריח צריך להילמד.
חקרנו את התצוגה חוש הריח עם פונקציה של מיזוג מרכיבים רבים. קודם לכן פיתחנו מערכת זו באמצעות ברזים עם מיתוג מהיר10. למרות stably זה מתמזג מרכיבים רבים, אנו יכול לא עדיין לפתור את בעיית הריח התמדה. לפיכך, מאז פיתחנו את התצוגה חוש הריח באמצעות מיקרו-מתקני החלוקה של המסור atomizer ב11. למרות טכניקות דומות שימשו כדי לתפעל טיפות נוזל12,13,14, אנחנו הוחלו ריח הדור. המכשיר המסור מתאים תרסיסים למייבשי טיפות נוזל מאז זה יכול להפריד לאטומים טיפות נוזל באופן מיידי15,16; עם זאת, מצאנו כי טיפות נוזל קטנות להישאר על מצע פיזואלקטריים לאחר atomization. אלה טיפות נוזל קטנות לגרום התמדה הריח, גם אם רוב הנוזל הוא אטומיזציה.
בדרך כלל, בושם התפרקה לתוך הממס כגון אתנול להפחתת צמיגות. עם זאת, בושם מדולל מתפשט על פני מצע פיזואלקטריים עקב טבעה הידרופיליות, היעילות atomization מתדרדר כשהוא מתפשט סרט דק. לפיכך, חלק השרידים נוזלי גם לאחר atomization, אשר לא ניתן להסיר גם אם הכוח RF גדל. מאז הממס מתאדה מהר אחרי, רק את הבושם נשאר על כמחוקה ומודבקת המצע.
במחקר זה, אנחנו מעיל על פני מצע פיזואלקטריים עם סרט טפלון אמורפי דק והוא הופך להיות הידרופובי בטבע. מאז אנחנו יכולים לשמור droplet דמוי הספרה על פני הידרופובי, האנרגיה הדרושה עבור ניתוק נוזל מעל פני השטח המצע פוחתת. הוא צפוי כי חל שיפור יעילות atomization כאשר השטח של התקן ראה הופך הידרופובי. המטרה הכוללת של שיטה זו היא לשפר את יעילות atomization כך ריח מוצג באופן מיידי ולא יכול להיעלם במהירות לאחר הצגתה, בסופו של דבר עבור יישום על חוש הריח להציג. בנייר זה, אנו מראים איך מכשיר המסור מצופה סרט טפלון אמורפי, להפגין השיפור של יעילות atomization ואת תוצאותיו ניסויית תוארו את הפניה17.

<table><tbody><tr><td>מכשיר</td><td>SAW Lightom</td><td></td><td>מנתח רשת בהתאמה אישית</td></tr><tr><td></td><td>ערכות SDR</td><td>DG84AQ VNWA 3E</td><td></td></tr><tr><td>Dip Coater</td><td>Aiden</td><td>DC4300</td><td></td></tr><tr><td>חומר צימוד סילאן</td><td>Shin-etsu Chemical</td><td>KBE 903</td><td></td></tr><tr><td>Cytop ציפוי טפלון אמורפי</td><td>Asahi זכוכית</td><td>CT107MK</td><td></td></tr><tr><td>ממס לדילול ציפוי סייטופ</td><td>Asahi זכוכית</td><td>CT-SOLV100K</td><td></td></tr><tr><td>שסתום סולנואיד</td><td>לי</td><td>INKA2438510H</td><td></td></tr><tr><td>מערך טרנזיסטור</td><td>טקסס מכשיר</td><td>ULN2803A</td><td></td></tr><tr><td>מגבר כוח RF</td><td>מיני מעגלים</td><td>ZHL-5W-1</td><td></td></tr><tr><td>מצלמה דיגיטלית&nbsp;</td><td>Panasonic Corp</td><td>DMC-FZ300</td><td></td></tr><tr><td>ראש הר תצוגה</td><td>Occulus</td><td>Occulus Rift אוזניות</td><td></td></tr><tr><td>צלחת חמה</td><td>כמו אחד</td><td>HHP-170A</td><td></td></tr></tbody></table>

שיטת שיפור של יעילות משטח אקוסטית גל-atomizer ב תצוגה חוש הריח

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

מאז חוש הריח הוא חוש חשוב בממשקי אדם, פיתחנו של התצוגה חוש הריח באמצעות atomizer על פני השטח גל אקוסטי (ראה) ו- micro-מיכלי. זו תצוגה חוש הריח, היעילות של atomization חשובה על מנת למנוע בעיות התמדה הריח המוכרים של ממשקים חוש הריח האנושי. לפיכך, המכשיר המסור מצופה אמורפי סרט טפלון כדי לשנות את הטבע המצע הידרופילית הידרופובי. יש גם צורך silanize פני מצע פיזואלקטריים לפני ציפוי טפלון כדי לשפר את הידבקות של הסרט. שיטת ציפוי מטבל אומצה כדי להשיג ציפוי אחיד על המצע. ברז חשמלי במהירות גבוהה שימשה כמו מיקרו-מפיק מגבונים לחים זרבובית טיפונת נוזל על פני המכשיר ראה מאז הפארמצבטית ודיוק שלה היו גבוהות. . אז, atomization הפך קל על המצע הידרופובי. במחקר זה, ציפוי טפלון אמורפי בשביל למזער את הנוזל הנותר על המצע לאחר atomization נחקר. המטרה של הפרוטוקול המתואר כאן כדי להראות את פעולות השירות עבור ציפוי משטח המכשיר מסור עם סרט טפלון אמורפי, יצירת הריח באמצעות atomizer את המסור של מיקרו-מפיק מגבונים לחים, ואחריו מבחן החושים.

Microliter אחד של אתנול הונח על חשוף והן מצופה LiNbO3 מצעים (אתנול בדרך כלל שימש הממס בושם). בשכבה דקיקה של אתנול פתרון הוקמה אחרי זה התפשט אל המצע (איור 6a); מצד שני, צורת כדור, כמו שמר על המצע מצופה (איור 6b). זווית הקשר microliter אחד של מים עלה מ-50 ל 110 מעלות לאחר ציפוי טפלון אמורפי (איור 6 c ו- 6 d). התברר כי ציפוי טפלון אמורפי משופרת הטבע הידרופובי. צורת כדור, כמו ה-droplet שמר על המצע מצופה, ואילו הנוזל התפשט לתוך דקה בסרט על המצע חשופות.
בשלב הבא, הניסוי עם atomization של 200 nL של לבנדר היה לבצע (איור 7). תמונות עוקבות של atomization ללא ועם ציפוי מוצגים באיור 7 א 7 ב, בהתאמה. ציר הזמן בתמונות היה המתקבלים מספר המסגרות שהוקלט על ידי מצלמה דיגיטלית. לבנדר היה מדולל עם אתנול (יחס דילול: 50:1 וי/v). על המצע חשופות, הנוזל התפשט מיד לאחר זה היה בגליל. 33 ms, חזקה atomization התרחשה במרכז של נוזל, ואילו רק מוגבל ערפל נוצרה בקצה נוזלי בתוך המעגל כפי שמוצג באיור 7 א. ב-100 מילישניות, atomization עצר; אז, למרות atomization התרחשה בפעם הראשונה, זה פסק זמן קצר לאחר מכן לאחר מכן, נותר חלק הנוזל. בעוד הממס התאדו במהירות, חלקי ממס נשאר על פני המצע; לפיכך, ממס הנותרים גרם התמדתו ריח רציני. מצד שני, הצורה כמו כדור עם שלה זווית מגע של יותר מ-90 מעלות נשמר על המצע מצופה אחרי זה היה בגליל (איור 7 ב). ערפל מרוכז נוצר במהלך atomization. לאחר atomization, הרבה פחות נוזלים לאזור קטן נשאר באזור קטן יותר בהשוואה המצע חשופות. מאז הנוזל הנותר לא היה משטח שלם וחלקה אבל במקום זאת יצרו תרסיס אחד, שקשה לחשב במדויק את הכיסוי של טיפות על ציפוי טפלון. בערך, הנוזל הנותר על פני הידרופובי היה לכל היותר 10% זה על פני השטח הידרופילית.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig1.jpg"> איור 1: המסור atomizer ב. (א) קביעת התצורה של התקן ראה ו- (ב) עקרון atomizer ב המסור. אלקטרודה שלה מורכב כרום וזהב. איור 1a מודפס עם הרשאה20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig2.jpg"> איור 2: ראיתי את המכשיר על לוח מעגלים מודפסים.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig3.jpg"> איור 3: לטבול coater השתמשו במחקר זה.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig4.jpg"> איור 4: זמן רצפים. (א) waveform של האות פרץ RF. הערכים הטיפוסי של Vpp ו- Tr V 85p-p הינם 1 s, בהתאמה. חובה טיפוסי מחזור כמו TH/Tr הוא 10%. (ב) חלה על מתקן מיקרו-גל. טיפוסי Tw, T ו- N הם 1 ms, 10 ms ו- 70 פולסים, בהתאמה.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig5.jpg"> איור 5: הגדרת הניסוי עבור תרסיסים למייבשי droplet נוזלי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig6.jpg"> איור 6: השוואה של droplet נוזלי הצורה בין חשופות ומצופות subtrates. מוצגות מבט מלמעלה (א) של הסרט דק על פני niobate ליתיום חשופות ונוף (ב) צד של ה-droplet נוזלי על האחד מצופה. Microliter אחד של אתנול היה בשימוש בשני (א) ו- (b). כאן, (ג) ו- (ד) הצג נופים צדדיים של microliter אחד של מים על מצעים חשופות ומצופות, בהתאמה. איור זה שוחזר עם הרשאה17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig7.jpg"> איור 7: Atomization של ה-droplet נוזלי. המוצגים הם (א) הידרופילי (ליתיום חשופות niobate) הידרופובי (ב) משטח (המצע מצופה טפלון אמורפי). המדגם הוא 200 nL של לבנדר. איור זה שוחזר עם הרשאה17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig8.jpg"> איור 8: מיקרו-מפיק מגבונים לחים בהתבסס על שסתום סולנואיד. מוצגות העיקרון של מתקן-המיקרו (א) ו- (ב) מעגל מנהל ההתקן עבור ערוץ אחד. איור זה מודפס עם הרשאה20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58409/58409fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58409/58409fig9.jpg"> איור 9: יישום של atomizer ב המסור מצופה עם סרט טפלון אמורפי. הפגנה המחקר של ממשקי משתמש חכם (IUI) יום עיון 2018 בטוקיו, יפן.

אנו להקים כאן שיטה ציפוי המשטח של התקן צליל אקוסטי משטח (ראה) עם סרט טפלון אמורפי כדי לשפר את היעילות atomization הנדרשים ליישום לתצוגה חוש הריח.

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

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הממשק האנושי. לדוגמה, רבים הקשורים למציאות מדומה חוש הריח. במערכת שלנו, מיקרו-מתקן מטיס כמה טיפות ננו-ליטר על משטח.ואז גל אקוסטי פני השטח מתחלק, atomizes טיפה להציג במהירות ריח. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית כדי להציג את אופן הפעולה של המיטוב. הכינו את התקן הגל האקוסטי של פני השטח לתצוגת הריח.למכשיר זה יש מתמר משולב, עם מחזירי אור בקצה אחד של מצע פיזואלקטרי. פרטים נוספים נמצאים בשרטוט זה. באזור מתמר יש 21 זוגות אצבעות.למשקפת יש 32 זוגות אצבעות. אזור האטומיזציה מתואר בכחול. הכינו סוכן צימוד סילאן מבוסס אמינו ושים אותו בצד.לפני סילניזציה, לנקות את המכשיר עם צמר גפן ספוג אצטון. לאחר שתסיים, קח את המכשיר לציפוי מטבל והצמד אותו. כוון את ההתקן כך שאזור האטומיזציה יהיה שקוע.לאחר מכן, מניחים את פתרון צימוד סילאן לשימוש עם מעיל מטבל. לאחר מכן, הנך את ההתקן כדי לטבול את אזור האטומיזציה. חשוב לשמור על מהירות טבילה איטית וקבועה כדי להשיג ציפוי סרט אחיד.שמור את ההתקן בפתרון למשך חמש דקות. העלה את ההתקן מהפתרון. תשאיר את המכשיר באוויר למשך חמש דקות.לאחר מכן, מוציאים את המכשיר מצופה המטבל, ושורף אותו במים טהורים למשך דקה אחת. לאחר מכן, סובבו את המכשיר לציפוי המטבל באותו כיוון. הסר את סוכן הסילניזציה ממעיל המטבל.להמשיך הלאה כדי להכין את החומר אמורפי טפלון בממס. קח את הפתרון לציפוי מטבל, ולשים אותו בעמדה לשימוש. ודא שההתקן נטען כדי לטבול את אזור האטומיזציה.ברגע שהכל מוכן, הנך את המכשיר. שמור את אזור האטומיזציה בפתרון למשך 15 שניות. העלה את ההתקן מהפתרון.תשאיר את המכשיר באוויר למשך חמש דקות. הנך את ההתקן לפתרון פעם נוספת והמתן 15 שניות. לאחר מכן, הרימו את המכשיר והשאירו אותו באוויר למשך 30 דקות.לאחר מכן, הסר את ההתקן ממעיל המטבל. מניחים אותו על צלחת חמה ב 180 מעלות צלזיוס לאפות במשך 60 דקות. הכן את התקן ה- SAW לניסוי.הר אותו על לוח מעגלים מודפס מאלומיניום, באמצעות רדיד אלומיניום והדבק מוליך. לאחר מכן, הר את המעגל עם ההתקן על פלטפורמה. חבר את ההתקן למגבר מתח RF, המונע על-ידי מחולל פונקציות.הגדר את צורת הגל של אות פרץ RF להיות גל חטא עם מחזור חובה של 10 אחוזים. הגדר את תדר הגל לתדר התנודות של התקן הגל האקוסטי של פני השטח. לאחר מכן, חבר מחולל גלים מרובע פרץ כדי לאפשר אות דופק 24 וולט לשסתום סולנואיד המשמש מיקרו-מתקן.הגדר משאבת מיקרו אוויר כדי לנהוג נוזל ממאגר למתקן מיקרו. השתמש במשאבת אוויר כדי להבטיח שמתקן המיקרו מלא בנוזל לאופטימיזציה. לעבור ללימוד אטומיזציה עם המכשיר.מכניסים נוזל לבקבוקון ומכניסים אותו להגדרה. האוויר ייכנס לבקבוקון דרך פעולת משאבת המיקרו-אוויר. הנוזל מהבקבוקון ילך לשסתום סולנואיד.השסתום מוגדר לחלק נוזל על אזור האטומיזציה של המכשיר. הגדר את צורת הגל של אות הדופק המוחל על שסתום סולנואיד. השתמש במחולל הפונקציות כדי להגדיר רצף דופק גל מרובע, עם מחזור עבודה של 10 אחוזים.שים לב לפני השטח של המכשיר. לאורך זמן, רצף הדופק יהיה ליצור טיפה גדולה עבור אטומיזציה. החל את אות פרץ RF על ההתקן כל עוד יש צורך אטומיזציה של טיפה.שימו לב לפני השטח של המכשיר, לחזות באטום, ולבדוק את טיפת הנוזל הנותרת. ברגע שהמערכת מוכנה, לגייס אדם כדי לזהות ריחות. יש לאדם לשבת עם אפו 20 עד 30 ס"מ מול אזור אטומיזציה.כוונן את גובה האטומיזר לרמה של אפו של המשתתף. מחלקים את הנוזל למכשיר ומאימים אותו. אפשר למשתתף לזהות את הריח.בתצוגה דף זו של משטח ליתיום ניוביט חשוף, מיקרוליטר אחד של אתנול התפשט לסרט דק. לעומת זאת, תצוגה צדדית זו של משטח התקן מצופה מדגימה היווצרות של טיפה. זוהי טיפת מים מיקרוליטר על משטח חשוף.בסופו של דבר זה התפשט לסרט דק. טיפת מים מיקרוליטרית על משטח מצופה נמשכה. ברצף זה, סרט דק של לבנדר הוא אטומי על משטח לא צמא.אטומיזציה חזקה מתרחשת במרכז הנוזל, אך לא בקצה. בסופו של דבר חלק מהנוזל נשאר. רצף דומה לירידה לבנדר, נוצר על משטח מצופה, מראה ערפל מרוכז במהלך אטומיזציה.בהשוואה למשטח הלא צמא, לאחר האטומיזציה, הרבה פחות נוזלים הושארו באזור קטן יותר. טיפת הנוזל על משטח טפלון אמורפי אטומה כמעט לחלוטין, מה שמצביע על יעילות אטומיזציה משופרת בהשוואה למכשיר לא צותת. פחות טיפות נשארות מאחור עקב שיפור ביעילות, מה שעוזר לפתור בעיות של התמדה בריח בתצוגות חוש הריח של הסביבה הווירטואלית.למרות שזוהי טכנולוגיה בסיסית למימוש מציאות מדומה חוש הריח, ניתן לצוץ מגוון הערכה אחרת.

enhancement-method-surface-acoustic-wave-atomizer-efficiency-for

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

אימונולוגיה וזיהומים

נוירונים קולטניים ריח (ORNs) להמיר אותות ריח ראשון לתוך קולט נוכחיים מעורר בתור פוטנציאל פעולה שמועברים לנוירונים מסדר השנייה בנורת חוש הריח. כאן אנו מתארים את טכניקת יניקת פיפטה כדי להקליט את הקולטן odorant מושרה פוטנציאלי פעולה הנוכחי ומORNs העכבר בו זמנית.

תגובות odorant מושרה הקלטות מתא העצב קולטני ריח באמצעות טכניקת יניקת פיפטה

Olfactometer אנכי, T-מבוך מתואר לassaying התגובה התנהגותית של פרוקי רגליים. Olfactometer מאפשר הנסיין למדוד בחירות שבוצעו על ידי נבדקים, כאשר נתון שני שדות ריח פוטנציאליים. שניהם המשיכה ולדחייה מodorants ניתן למדוד במכשיר זה.

Assay בחירה האנכי T-מבוך לתגובת פרוקי רגליים לodorants

כתב יד זה סוקר את המודלים והסימולציות של פרוטוקולים שונים להעברת תרופות לאזור הריח במודלים מבוססי תמונה. מודולי תוכנה מרובים משמשים לפיתוח מודל האף המדויק מבחינה אנטומית, יצירת רשת חישובית, הדמיית זרימת אוויר באף וחיזוי שקיעת חלקיקים באזור הריח.

מודלים וסימולציות של החדרת תרופות חוש ריח באמצעות בקרה פסיבית ואקטיבית של אירוסולים תרופות בשאיפת nasally

אנו מציגים את האתגרים הטכניים ופתרונות להשגת אמין פונקציונלי מגנטי תהודה הדמיה (fMRI) נתונים ממערכת חוש הריח האנושי האנושי. זה כולל שיקולים מיוחדים בעיצוב fMRI חוש הריח חוש הריח, תיאורים של רכישת נתונים fMRI עם OLfactometer תואם MRI, מבחר אודורנט, וכלי תוכנה מיוחדת לעיבוד נתונים לאחר.

ללא תשלום נשימה fMRI שיטה לחקר האדם חוש הריח פונקציה

המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד להציג odorants של התנודתיות נמוכה להקלטת single-sensillum מ נוירונים קולטן תסיסנית חוש הריח המגיבים שרשרת פרומונים ארוכים שרשרת.

הקלטה אלקטרופיזיולוגית מ<em&gt; תסיסנית</em&gt; Trichoid Sensilla בתגובה ריחות של תנודתיות נמוכה

פרוטוקול מניפולציות של microparticles בערוץ microfluidic עם עירור כפול-תדירות מוצג.

Microparticle מניפולציה על ידי עמידה גלי אקוסטית המשטח עם כפול בתדר Excitations

מבחינה פיזיולוגית, odorant רצפטורים מופעלים על ידי מולקולות odorant בשאיפה בשלב אדי. עם זאת, ביותר מערכות in vitro לנצל שלב נוזלי odorant גירוי. כאן, אנו מציגים שיטה המאפשרת ניטור בזמן אמת במבחנה של הפעלת קולטן odorant על odorant גירוי בשלב אדי.

בזמן אמת בחוץ גופית ניטור של הפעלת קולטן Odorant מאת Odorant בהשלב אדי

אנו מדגימים הייצור של ערוצי ננו-גובה עם שילוב של התקנים משטח אקוסטית גל התקן על ליתיום niobate אקוסטית עבור nanofluidics המראה באמצעות פוטוגרפיה, ננו-עומק בחריטה על האור, ו-טמפרטורת החדר פלזמה הפעלה מרובת שכבות של משטח של ליתיום niobate חד-גביש, תהליך שימושי באופן דומה כדי מליטה ליתיום niobate תחמוצות.

הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה

ייצור של התמרה במצב עובי פיזואלקטריים באמצעות התזה הנוכחי ישיר של אלקטרודות צלחת על ליתיום niobate מתואר. בנוסף, הפעולה המהימנה מושגת עם בעל מתמר ומערכת אספקת נוזלים ואפיון מומחש באמצעות ניתוח עכבה, דופלר לייזר וויברמטריה, הדמיה במהירות גבוהה, ו-droplet גודל התפלגות באמצעות פיזור לייזר.

ייצור ואפיון של מכשירי פיזואלקטריים במצב עובי לאטוביזציה

ננו-טיפות פרפלואורוקרבון המופעלות אופטית מראות הבטחה ביישומי הדמיה מחוץ למערכת כלי הדם. מאמר זה ידגים כיצד לסנתז חלקיקים אלה, להצליב פנטום פוליאקרילאמיד ולווסת את הטיפות באופן אקוסטי כדי לשפר את האות שלהם.

נוסחה ואפנון אקוסטי של ננו-טיפות פרפלואורוקרבון שעברו אידוי אופטי

פרוטוקול זה מתאר בניית אולפקטומטר לניסויי התנהגות חוש הריח. הוראות שלב אחר שלב, יחד עם תמונות, ניתנות על מנת להבטיח בנייה מוצלחת של האולפקטומטר. מידע לפתרון בעיות שנתקלו בהן במהלך התהליך כלול גם כן.

בניית אולפקטומטר לחקר התנהגות חוש הריח של מכרסמים

למדו שיטה לשיפור יעילות האטומיזציה של מכשירי גל אקוסטי משטחי באמצעות ציפוי טפלון אמורפי. טכניקה זו מייעלת את הצגת הריחות בתצוגות חוש הריח ומקדמת את תחום המציאות המדומה האולפקטורית.

שיטת שיפור של יעילות משטח אקוסטית גל-atomizer ב תצוגה חוש הריח

גלה סרטונים נוספים