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Immunology and Infection

घ्राण प्रदर्शन के लिए सतह ध्वनिक वेव-पिचकारी दक्षता की वृद्धि विधि

Published: November 14, 2018 doi: 10.3791/58409
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1
1Tokyo Institute of Technology, 2University of Electronic Science and Technology of China

Summary

हम एक घ्राण प्रदर्शन करने के लिए आवेदन के लिए आवश्यक पिचकारी दक्षता में सुधार करने के लिए अमली Teflon फिल्म के साथ एक सतह ध्वनिक लहर (देखा) डिवाइस की सतह कोटिंग के लिए यहाँ एक विधि स्थापित करें ।

Abstract

चूंकि olfaction मानव इंटरफेस में एक महत्वपूर्ण भावना है, हम एक घ्राण एक सतह ध्वनिक तरंग (देखा) पिचकारी और सूक्ष्म मशीन का उपयोग कर प्रदर्शन विकसित किया है । इस घ्राण प्रदर्शन में, पिचकारी की दक्षता के क्रम में गंध हठ समस्याओं अक्सर मानव घ्राण इंटरफेस में सामना करना पड़ा से बचने के लिए महत्वपूर्ण है । इस प्रकार, देखा डिवाइस हाइड्रोफिलिक से hydrophobic को सब्सट्रेट प्रकृति बदलने के लिए अमली Teflon फिल्म के साथ लेपित है । यह भी इस फिल्म के आसंजन को बढ़ाने के लिए Teflon कोटिंग करने से पहले piezoelectric सब्सट्रेट सतह silanize करने के लिए आवश्यक है । एक डुबकी कोटिंग विधि सब्सट्रेट पर वर्दी कोटिंग प्राप्त करने के लिए अपनाया गया था । उच्च गति solenoid वाल्व सूक्ष्म मशीन के रूप में इस्तेमाल किया गया था अपनी सटीकता और reproducibility उच्च थे के बाद से देखा डिवाइस सतह के लिए एक तरल छोटी बूंद टोंटी । फिर, hydrophobic सब्सट्रेट पर पिचकारी आसान हो गया । इस अध्ययन में, पिचकारी के बाद सब्सट्रेट पर शेष तरल को कम करने के लिए अमली Teflon कोटिंग का अध्ययन किया गया. यहां वर्णित प्रोटोकॉल के लक्ष्य को अमली Teflon फिल्म के साथ कोटिंग के लिए एक डिवाइस की सतह के लिए तरीकों को दिखाने के लिए और देखा पिचकारी और एक सूक्ष्म मशीन का उपयोग कर गंध पैदा कर रहा है, एक संवेदी परीक्षण के बाद ।

Introduction

हालांकि उत्तेजक दृश्य और श्रवण इंद्रियों के लिए उपकरणों लोकप्रिय हैं, हम सभी उत्तेजना है कि हम अनुभव मौजूद नहीं कर सकते; हालांकि, हम आमतौर पर केवल इन दो इंद्रियों का उपयोग कर एक सनसनी प्रस्तुत कर सकते हैं । एक घ्राण प्रदर्शन एक गैजेट है कि एक खुशबू पेश कर सकते है, और यह आभासी वास्तविकता में इतना प्रयोग किया जाता है कि एक उपयोगकर्ता scents1,2,3,4,5,6अनुभव कर सकते है, 7. के बाद से olfaction भावनाओं को बहुत योगदान देता है, एक घ्राण उत्तेजना वास्तविकता को बढ़ाने के लिए अपरिहार्य है । हम पहले फिल्मों, एनिमेशन, और8scents,9के साथ खेल का अध्ययन किया है ।

कई शोधकर्ताओं घ्राण प्रदर्शन का अध्ययन किया है; उदाहरण के लिए, Yanagida एक खुशबू प्रोजेक्टर का अध्ययन किया है कि एक निर्दिष्ट व्यक्ति को एक गंध बचाता है, जब उसके आसपास कोई भी या उसे यह मानता है1। यामादा एट अल. गंध एकाग्रता2का एक सरल गाऊसी वितरण मॉडल का उपयोग कर आभासी अंतरिक्ष में एक गंध स्रोत स्थानीयकरण का अध्ययन किया है । किम एट अल. दो की अवधारणा का प्रस्ताव किया है गंध की आयामी सरणियों-उपकरणों जारी 3। इसके अलावा, सरल पहनने योग्य घ्राण प्रदर्शित करता है और इन scents की दिशा को नियंत्रित करने के लिए अल्ट्रासोनिक चरणबद्ध सरणी4,5,6प्रस्तावित किया गया है ।

घ्राण प्रदर्शन में समस्याओं में से एक गंध हठ है । एक उपयोगकर्ता गंध का पता लगाने के बाद भी यह करने के लिए हवा या किसी अंय खुशबू को बदल सकता है । चूंकि यह scents के बीच स्विच करने के लिए बेहतर है के रूप में आभासी वास्तविकता में जितनी जल्दी संभव हो, गंध हठ समस्या का अध्ययन किया जाना चाहिए ।

हम कई अवयवों सम्मिश्रण के एक समारोह के साथ घ्राण प्रदर्शन का अध्ययन किया है । हम पहले उच्च गति10स्विचन के साथ solenoid वाल्व का उपयोग कर इस प्रणाली विकसित की है । हालांकि यह छुरा कई अवयवों मिश्रणों, हम अभी तक गंध हठ की समस्या का समाधान नहीं कर सका । इस प्रकार, हम के बाद से घ्राण प्रदर्शन सूक्ष्म मशीन और एक देखा पिचकारी11का उपयोग कर विकसित की है । हालांकि इसी तरह की तकनीक तरल बूंदों में हेरफेर करने के लिए इस्तेमाल किया गया है12,13,14, हम इसे खुशबू पीढ़ी के लिए लागू. देखा डिवाइस तरल बूंदों की पिचकारी के लिए उपयुक्त है क्योंकि यह तरल बूंदों तुरंत15,16की पिचकारी मार सकता है; हालांकि, हमने पाया है कि छोटे तरल बूंदों एक piezoelectric सब्सट्रेट पर पिचकारी के बाद रहते हैं । इन छोटे तरल बूंदों गंध हठ के कारण, भले ही तरल की सबसे एटम है ।

आमतौर पर, एक इत्र इथेनॉल जैसे चिपचिपाहट को कम करने के लिए एक विलायक में भंग कर रहा है । हालांकि, पतला इत्र एक piezoelectric अपने हाइड्रोफिलिक प्रकृति के कारण सब्सट्रेट की सतह पर फैलता है, और पिचकारी दक्षता खराब हो जाती है जब पतली फिल्म फैलता है । इस प्रकार, तरल का एक हिस्सा भी पिचकारी के बाद रहता है, जो नहीं हटाया जा सकता है तो भी आरएफ शक्ति बढ़ जाती है । के बाद से विलायक जल्दी ही वाष्पों के बाद, केवल इत्र पर रहता है और सब्सट्रेट करने के लिए चिपक जाती है ।

इस अध्ययन में, हम पतली अमली Teflon फिल्म के साथ एक piezoelectric सब्सट्रेट की सतह कोट तो यह प्रकृति में hydrophobic हो जाता है । जब से हम hydrophobic सतह पर छोटी बूंद की तरह क्षेत्र रख सकते हैं, ऊर्जा सब्सट्रेट सतह से तरल अलग करने के लिए आवश्यक कम हो जाती है । यह आशा की जाती है कि एक पिचकारी दक्षता जब देखा डिवाइस की सतह hydrophobic हो जाता है सुधार हुआ है । इस विधि के समग्र लक्ष्य को पिचकारी दक्षता में सुधार इतना है कि एक खुशबू तुरंत प्रस्तुत किया है और जल्दी से अपनी प्रस्तुति के बाद गायब हो सकता है, घ्राण प्रदर्शन के लिए आवेदन के लिए अंततः है । इस पत्र में, हम बताते है कि कैसे एक देखा डिवाइस अमली Teflon फिल्म के साथ लेपित है और पिचकारी दक्षता में सुधार का प्रदर्शन और इसके प्रायोगिक परिणामों के संदर्भ17में वर्णित किया गया ।

Protocol

यहां बताए गए तरीकों को टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की ह्यूमन रिसर्च एथिक्स कमेटी ने मंजूरी दी है ।

1. देखा डिवाइस की तैयारी और प्रतिबाधा की जाँच

  1. एक LiNbO3 सब्सट्रेट पर एक 10 मेगाहर्ट्ज देखा डिवाइस तैयार [१२८o-घुमाया Y-कट, एक्स प्रसार, एक IDT (इंटर digitated transducer) के 21 उंगली जोड़े के साथ, एक साथ एक IDT ओर ३२ उंगली जोड़े से बना रिफ्लेक्टर के साथ, के रूप में चित्र 1aमें दिखाया गया है ।
    नोट: चित्रा 1b पिचकारी के सिद्धांत से पता चलता है । देखा तरल छोटी बूंद में एक अनुदैर्ध्य लहर में बदल जाता है । धुंध ध्वनिक स्ट्रीमिंग के कारण उत्पंन होता है अगर देखा ऊर्जा पर्याप्त बड़ी है ।
    नोट: देखा डिवाइस निर्माता द्वारा गढ़े गए इलेक्ट्रोड पैटर्न के अनुसार ठेठ फोटो लिथोग्राफी का उपयोग कर बनाया गया था कि लेखकों. ऊपर उल्लेख किया piezoelectric सब्सट्रेट एक उच्च विद्युत युग्मन गुणांक के कारण चुना गया था.
  2. एक मुद्रित सर्किट एल्यूमीनियम का बना बोर्ड पर एल्यूमीनियम पंनी और प्रवाहकीय पेस्ट का उपयोग कर देखा डिवाइस माउंट (यह देखा डिवाइस के लिए डिज़ाइन किया गया) जहां SMA कनेक्टर (चित्रा 2) संलग्न है ।
    नोट: एक मुद्रित सर्किट एल्यूमीनियम का बना बोर्ड गर्मी विकिरण के लिए प्रभावी है ।
  3. एक नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग कर प्रतिबाधा की आवृत्ति विशेषता को मापने. देखा डिवाइस मुद्रित सर्किट बोर्ड से एक समाक्षीय केबल कनेक्शन के माध्यम से विश्लेषक से जुड़ा है. आवृत्ति विशेषताओं जहां डिवाइस प्रवेश के काल्पनिक भागों शून्य करने के लिए जाना है, जो देखा डिवाइस अनुनाद आवृत्तियों रहे हैं आवृत्तियों दिखाना चाहिए.
    नोट: जब डिवाइस में ध्वनिक हानि बड़ी है, पिचकारी नहीं होती है । ध्वनिक नुकसान प्रतिबाधा की आवृत्ति विशेषता को मापने के द्वारा जाँच की जा सकती है. जब देखा डिवाइस Teflon फिल्म के साथ लेपित है, आवृत्ति विशेषताओं के बीच अंतर से पहले और कोटिंग के बाद अगर फिल्म बहुत मोटी है की जांच करने के लिए निगरानी की जानी चाहिए ।

2. Silanization

  1. अमीनो-आधारित silane युग्मन एजेंट (3-ahhminopropyltriethoxy silane) तैयार करें । एक पिपेट का उपयोग कर पानी में ०.५% (वी/वी) के लिए अपनी एकाग्रता समायोजित करें ।
    नोट: Silanization को अमली Teflon कोटिंग के आसंजन को बढ़ाना अनिवार्य है । अगर silanization नहीं किया जाता है तो Teflon कोटिंग को पिचकारी के दौरान हटा दिया जाता है ।
  2. एसीटोन के साथ लथपथ एक कपास झाड़ू का उपयोग कर देखा डिवाइस की सतह को साफ.
  3. एक डुबकी कोट (चित्रा 3) पर डिवाइस सेट करें ।
    नोट: एक मुद्रित सर्किट बोर्ड जहां देखा डिवाइस ठीक टेप डुबकी कोट से जुड़ी है का उपयोग कर रहा है, के बाद से देखा डिवाइस की मोटाई (०.५ mm) भी सीधे डुबकी कोट से जुड़ी पतली है ।
  4. डिवाइस को नीचे की ओर खींचो जिससे कि पिचकारी का क्षेत्र ०.२ mm/s की गति से समाधान में डूब सकता है । 5 मिनट के लिए समाधान में डिवाइस रखें ।
  5. १.७ mm/एस की गति से डिवाइस खींचो 5 मिनट के लिए हवा में डिवाइस रखो ।
  6. शुद्ध पानी में 1 मिनट के लिए उपकरण कुल्ला ।
  7. 30 मिनट के लिए हवा में डिवाइस रखें ।

3. अमली Teflon कोटिंग

  1. कमजोर पड़ने के लिए अमली Teflon सामग्री और विलायक तैयार करें । विलायक का उपयोग करके 3% (v/v) को अमली Teflon समाधान की एकाग्रता समायोजित करें ।
  2. एक डुबकी कोट (चित्रा 3) पर डिवाइस सेट करें ।
    नोट: डुबकी कोटिंग यहां अपनाया गया था के बाद से वर्दी कोटिंग अपरिहार्य है । मोटा कोटिंग के रूप में अच्छी तरह से कोटिंग है कि बहुत मोटी है के कारण देखा क्षीणन की पिचकारी दक्षता की गिरावट पैदा कर सकता है ।
  3. इस उपकरण को नीचे खींचो ताकि पिचकारी क्षेत्र ०.२ mm/एस की गति से समाधान में डूब गया है 15 एस के लिए उपकरण समाधान में रखें ।
  4. १.७ mm/एस की गति से डिवाइस खींचो 5 मिनट के लिए हवा में डिवाइस रखो ।
  5. इस उपकरण को नीचे खींचो ताकि पिचकारी क्षेत्र ०.२ mm/एस की गति से समाधान में डूब गया है 15 एस के लिए उपकरण समाधान में रखें ।
  6. १.७ mm/एस की गति से डिवाइस खींचो 30 मिनट के लिए हवा में डिवाइस रखो ।
  7. एक गर्म थाली का उपयोग ६० मिनट के लिए १८० ° c पर डिवाइस सेंकना ।
    नोट: कोटिंग की मोटाई के अनुसार लगभग ४०० एनएम था क्वार्ट्ज क्रिस्टल microbalance (QCM) माप ।

4. प्रयोगात्मक सेट-पिचकारी के लिए ऊपर

  1. एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर देखा डिवाइस माउंट ।
    नोट: चूंकि देखा गया डिवाइस की मोटाई ०.५ एमएम है, इसलिए इसे आसानी से तोड़ा जा सकता है । इस प्रकार, यह समर्थन करने के लिए आवश्यक है यांत्रिक ।
  2. एक नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग कर देखा डिवाइस प्रतिबाधा की आवृत्ति विशेषता को मापने. देखा डिवाइस मुद्रित सर्किट बोर्ड के एक समाक्षीय केबल कनेक्शन के माध्यम से विश्लेषक से जुड़ा है. आवृत्ति विशेषताओं जहां डिवाइस प्रवेश के काल्पनिक भागों शून्य करने के लिए जाना है, जो देखा डिवाइस अनुनाद आवृत्तियों रहे हैं आवृत्तियों दिखाना चाहिए
    नोट: देखा डिवाइस पर आरएफ क्षीणन की जाँच करें. जब यह अनुपयुक्त रूप से लेपित है देखा डिवाइस की हानि बढ़ जाती है । हानि में यह वृद्धि आम तौर पर कोटिंग सजातीयता या कोटिंग की अत्यधिक मोटाई के कारण होता है; इस प्रकार, प्रतिबाधा विशेषताओं से पहले और कोटिंग के बाद तुलना की जानी चाहिए. अगर देखा क्षीणन बहुत ज्यादा है पिचकारी नहीं किया जा सकता है ।
  3. एक आरएफ शक्ति एम्पलीफायर के माध्यम से एक समारोह जनरेटर के लिए देखा डिवाइस कनेक्ट.
  4. एक समारोह जनरेटर (चित्रा 4a) में आरएफ फट संकेत की तरंग सेट करें । देखा डिवाइस के लिए फट संकेत एक साइन लहर होना चाहिए, और अपने कर्तव्य चक्र 10% होना चाहिए । तरंग आवृत्ति भी देखा डिवाइस अनुनाद आवृत्ति प्रतिबाधा विशेषता माप से प्राप्त करने के लिए सेट किया जाना चाहिए.
  5. एक solenoid वाल्व के लिए एक फट वर्ग वेव जनरेटर कनेक्ट [यानी, एक ड्राइविंग सर्किट (चित्रा 5) के माध्यम से सूक्ष्म मशीन] इतना है कि एक 24 वी पल्स संकेत मशीन है, जो भी चर्चा18में उल्लेख किया है के लिए आपूर्ति की जा सकती है, 19. शी.
    टिप: solenoid वाल्व ड्राइविंग के लिए, एक ट्रांजिस्टर सरणी सुविधाजनक है. तक आठ solenoid वाल्व इस अध्ययन में ट्रांजिस्टर सरणी का उपयोग कर संचालित किया जा सकता है.
  6. माइक्रो-पंप सेट करने के लिए माइक्रो मशीन (चित्रा 5) के लिए तरल प्रवाह दबाव लागू होते हैं । माइक्रो पंप माइक्रो मशीन20की आत्म भड़काना क्षमता का समर्थन करता है ।
  7. यदि आवश्यक हो तो देखा डिवाइस के तापमान को मापने के लिए एक अवरक्त थर्मामीटर का प्रयोग करें ।
    नोट: देखा डिवाइस सतह पर तापमान आमतौर पर ४५ ° c के आसपास पहुंचता है जब आरएफ फट सिग्नल (८५ उपाध्यक्ष पी और 10% शुल्क चक्र) 5 मिनट के लिए लागू किया जाता है ।

5. पिचकारी

  1. एक शीशी में तरल (यानी, खुशबू या इथेनॉल के साथ पतला रासायनिक) रखो ।
  2. पल्स एक माइक्रो-मशीन (चित्रा 4b) के लिए लागू संकेत की तरंग सेट करें. पल्स संकेत एक वर्ग तरंग पल्स अनुक्रम है एक 10% कर्तव्य चक्र के साथ और एक समारोह जनरेटर के साथ उत्पन्न होता है.
  3. पल्स संकेत करने के लिए माइक्रो-मशीन के लिए एक तरल छोटी बूंद जेट देखा डिवाइस18करने के लिए लागू होते हैं । माइक्रो मशीन से एक छोटी बूंद के बाद से ही कुछ nanoliters है, एक पल्स अनुक्रम की पिचकारी के लिए एक बड़ी छोटी बूंद के रूप में की जरूरत है ।
  4. लागू करने के लिए देखा डिवाइस के लिए आरएफ फट संकेत तरल बूंदों की पिचकारी17। फट संकेत तरल बूंदों के गठन के बाद एक एम्पलीफायर के माध्यम से एक समारोह जनरेटर से लागू किया जाता है. संकेत के रूप में लंबे समय के रूप में वाष्प अभी भी पिचकारी की प्रक्रिया से उत्पंन होता है के लिए लागू किया जाना चाहिए ।
    नोट: आरएफ फट संकेत औसत आरएफ शक्ति को समायोजित करने के लिए प्रयोग किया जाता है । देखा डिवाइस एक दरार हो सकता है अगर आरएफ शक्ति बहुत 2 डब्ल्यू से बड़ा है
  5. शेष तरल छोटी बूंद का निरीक्षण करने के लिए देखा डिवाइस की सतह का निरीक्षण करें ।
  6. एक नंगे देखा डिवाइस के लिए चरण 4.1-4.7 और 5.1-5.5 में किया गया के रूप में एक ही प्रक्रिया निष्पादित करें । फिर, नंगे एक से उस के साथ लेपित सब्सट्रेट पर शेष तरल छोटी बूंद की राशि की तुलना करें ।

6. scents का पता लगाने

  1. एक शीशी में तरल डाल के रूप में ५.१ कदम में किया ।
  2. एक जैक का उपयोग करते हुए देखा पिचकारी की ऊँचाई को समायोजित करें ताकि उसकी ऊँचाई प्रतिभागी की नाक के बराबर बनी रहे.
  3. देखा डिवाइस पर तरल वितरण ।
  4. पंखा चालू करा.
  5. की अनुमति दें भागीदार खुशबू का पता लगाने के लिए ।
    नोट: लेखक संवेदी परीक्षण किया VOC विश्लेषक के बजाय कथित तीव्रता वाष्प एकाग्रता से मूल्यांकन किया जाना चाहिए के बाद से पिछले काम में इस्तेमाल किया ।

Representative Results

इथेनॉल के एक microliter दोनों नंगे और लेपित LiNbO3 सब्सट्रेट (इथेनॉल आमतौर पर इत्र के लिए एक विलायक के रूप में इस्तेमाल किया गया था) पर रखा गया था । इथेनॉल समाधान की एक पतली फिल्म के बाद यह सब्सट्रेट पर फैल (चित्रा 6a) का गठन किया गया था; दूसरी ओर, क्षेत्र की तरह आकार लेपित सब्सट्रेट (चित्रा घमण्ड) पर रखा गया था । पानी की एक microliter के संपर्क कोण को अमली Teflon कोटिंग (फिगर 6c और 6d) के बाद ५० से बढ़कर ११० डिग्री हो गया. यह पाया गया कि अमली Teflon कोटिंग ने hydrophobic प्रकृति को बढ़ाया. छोटी बूंद के क्षेत्र की तरह आकार लेपित सब्सट्रेट पर रखा गया था, जबकि तरल नंगे सब्सट्रेट पर एक पतली फिल्म में फैल गया ।

अगले, लैवेंडर के २०० nL की पिचकारी के साथ प्रयोग (चित्रा 7) प्रदर्शन किया गया । बिना पिचकारी के बाद और कोटिंग के साथ छवियों चित्रा 7a और 7b, क्रमशः में दिखाए जाते हैं । तस्वीरों में टाइमस्केल एक डिजिटल कैमरे द्वारा दर्ज फ्रेम की संख्या से प्राप्त किया गया था । लैवेंडर इथेनॉल के साथ पतला था (कमजोर पड़ने अनुपात: 50:1 v/ नंगे सब्सट्रेट पर, तरल प्रसार के तुरंत बाद यह तिरस्कृत किया गया था. ३३ ms में, मजबूत पिचकारी तरल के केंद्र में हुई, जबकि केवल सीमित धुंध सर्कल के भीतर तरल बढ़त पर उत्पंन किया गया के रूप में चित्रा 7aमें दिखाया गया है । पर १०० ms, पिचकारी बंद कर दी; तो, हालांकि पिचकारी पहली बार में हुई, इसके बाद जल्दी ही बंद कर दिया । फिर, तरल के भाग रहे । जबकि विलायक तेजी से सुखाया, आंशिक घुला हुआ पदार्थ सब्सट्रेट सतह पर बने रहे; इस प्रकार, शेष घुला हुआ गंभीर गंध हठ के कारण होता है । दूसरी ओर, ९० डिग्री से अधिक के अपने संपर्क कोण के साथ क्षेत्र की तरह आकार लेपित सब्सट्रेट पर बनाए रखा गया था के बाद यह (चित्रा 7b) तिरस्कृत किया गया था । एक केंद्रित धुंध पिचकारी के दौरान उत्पंन किया गया था । पिचकारी के बाद, एक छोटे क्षेत्र में बहुत कम तरल नंगे सब्सट्रेट की तुलना में छोटे क्षेत्र में छोड़ दिया गया था । के बाद से शेष तरल एक चिकनी और पूरी सतह नहीं था, लेकिन इसके बजाय छोटे एकल बूंदों का गठन, यह सही Teflon कोटिंग पर बूंदों की कवरेज की गणना करने के लिए मुश्किल है । मोटे तौर पर बोल रहा हूं, hydrophobic सतह पर शेष तरल हाइड्रोफिलिक सतह पर उस में से सबसे अधिक 10% थी ।

Figure 1
चित्रा 1: देखा पिचकारी । (क) देखा गया यंत्र का विन्यास और (ख) देखा पिचकारी का सिद्धांत. इसके इलेक्ट्रोड सोने और क्रोमियम के होते हैं । चित्र 1a 20अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर डिवाइस देखा ।

Figure 3
चित्रा 3: डुबकी कोट इस अध्ययन में इस्तेमाल किया ।

Figure 4
चित्रा 4: समय अनुक्रम । (क) आरएफ फट संकेत की तरंग. वीपीपी और टीआर के विशिष्ट मूल्यों ८५ वीपी-पी और 1 एस, क्रमशः कर रहे हैं । इस तरह के टीएच/Tआर के रूप में एक ठेठ कर्तव्य चक्र 10% है । (ख) एक सूक्ष्म मशीन के लिए लागू तरंग । ठेठ Tw, टी, और एन 1 एमएस, 10 ms, और ७० दालें, क्रमशः कर रहे हैं ।

Figure 5
चित्रा 5: तरल छोटी बूंद की पिचकारी के लिए प्रयोगात्मक सेटअप । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: नंगे और लेपित subtrates के बीच तरल छोटी बूंद आकार की तुलना । दिखाया एक (एक) नंगे लिथियम niobate सतह पर पतली फिल्म के शीर्ष दृश्य और (ख) लेपित एक पर तरल छोटी बूंद की ओर देख रहे हैं । इथेनॉल का एक microliter दोनों (क) और (ख) में इस्तेमाल किया गया था । यहाँ, (ग) और (घ) क्रमशः नंगे और लेपित सब्सट्रेटों पर पानी की एक microliter के पक्ष विचार दिखाएँ. 17अनुमति के साथ यह आंकड़ा reproduced था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7: तरल छोटी बूंद की पिचकारी । दिखाया गया है (क) हाइड्रोफिलिक सतह (नंगे लिथियम niobate) और (ख) hydrophobic सतह सब्सट्रेट (अमली Teflon के साथ लेपित) । इसका नमूना २०० nL लैवेंडर का है । 17अनुमति के साथ यह आंकड़ा reproduced था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्रा 8: माइक्रो-एक solenoid वाल्व पर आधारित मशीन । दिखाया (एक) सूक्ष्म है मशीन सिद्धांत और (ख) एक चैनल के लिए एक चालक सर्किट हैं । यह आंकड़ा20अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9: देखा पिचकारी अमली Teflon फिल्म के साथ लेपित के आवेदन । इंटेलिजेंट उपयोगकर्ता इंटरफेस (िुई) टोक्यो, जापान में संगोष्ठी २०१८ से अनुसंधान प्रदर्शन ।

Discussion

इस अध्ययन में प्रमुख घटकों में से एक सूक्ष्म मशीन एक उच्च गति solenoid वाल्व18,19से बना है । चित्रा 8a इस सूक्ष्म मशीन के सिद्धांत से पता चलता है । गोताख़ोर एक विद्युत चुम्बकीय तार द्वारा संचालित किया गया था. बंद चरण के दौरान गोताख़ोर द्वारा इसका आउटलेट पूरी तरह बंद कर दिया जाता है । गोताख़ोर तेजी से एक छोटे से चरण के दौरान सामने तरल आकर्षित करने के लिए कदम है, तो यह मूल स्थान पर वापस ले जाता है और solenoid वाल्व के एक छिद्र से एक छोटे तरल छोटी बूंद जेट, जो चित्रा 8bमें दिखाया सर्किट से प्रेरित है । एक तरल छोटी बूंद की राशि कुछ nanoliters है । वाल्व की आवृत्ति 1 और १००० हर्ट्ज के बीच है, इसकी न्यूनतम पल्स चौड़ाई ०.५ ms है, और यह एक ठेठ solenoid वाल्व की तुलना में बहुत तेजी से काम करता है. solenoid वाल्व और सब्सट्रेट के छिद्र के बीच ठेठ दूरी 15 मिमी थी । इस अध्ययन से पता चला है कि तरल की मात्रा सटीक और reproducible है; इसके अलावा, यह बुलबुले के खिलाफ मजबूत है ।

गंध हठ काफी अमली Teflon coatingwhen एक घ्राण एक देखा पिचकारी पर आधारित प्रदर्शन के कारण कम किया जा सकता है21प्रयोग किया जाता है । यह आगे सुधार किया जा सकता है जब एक चैनल सफाई के लिए सब्सट्रेट सतह के लिए सॉल्वैंट्स देने के लिए समर्पित किया जाता है ।

प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम मैंयुअल रूप से जब यह इष्टतम एक से विचलित पिचकारी की उत्तेजना आवृत्ति का समायोजन है । यह स्वचालित रूप से भविष्य में किया जाना चाहिए । प्रारंभिक प्रोटोकॉल से एक संशोधन Teflon कोटिंग के बाद से ही silanization बिना silanization प्रक्रिया को शामिल किया गया था एटम ।

वहां दो शेष मुद्दों जो इस तकनीक की सीमा, एक खड़े लहर समस्या जा रहा है । जब प्रतिबिंब सब्सट्रेट के किनारे पर होता है खड़े लहर उत्पन्न होता है । के बाद से antinode और नोड समय पर प्रकट होता है, पिचकारी नोड पर कमजोर हो जाता है । हालांकि हम एक सिलिकॉन जेल का उपयोग करने के लिए खड़े लहर को दबाने, यह पर्याप्त नहीं है । एक बेहतर सामग्री ध्वनिक ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए आवश्यक है ।

दूसरी सीमा Teflon कोटिंग के स्थायित्व है । Teflon कोटिंग आंशिक रूप से कई बार एक तरल पिचकारी के बाद हटा दिया है । कोटिंग के लिए वर्तमान स्थिति के बाद से बड़े पैमाने पर अध्ययन नहीं किया गया है, लेखक यह Teflon कोटिंग के स्थायित्व का विस्तार करने के लिए अनुकूलित कर सकते हैं ।

फिर भी, मौजूदा तरीकों के संबंध में प्रोटोकॉल के महत्व कोटिंग के बिना कोटिंग के साथ एक सतह पर पिचकारी के बाद शेष तरल की कमी है । इस प्रकार, गंध हठ काफी कम के रूप में17कहीं वर्णित है । यह देखा डिवाइस का उपयोग कर, प्रदर्शन घ्राण प्रदर्शन किया गया था । आठ घटक घ्राण प्रदर्शित करने के लिए प्रदर्शन कैस्सिस, ऑरेंज, व्हिस्की, और उनके मिश्रण सिर माउंट प्रदर्शन (9 अंक)19के साथ एक उपयोगकर्ता के लिए प्रस्तुत किए गए । इस स्थिति में, एक देखा डिवाइस प्रस्तावित कोटिंग के साथ अच्छी तरह से काम करता है गंध दृढ़ता को दबाने के लिए, जो अंयथा खुशबू प्रस्तुति की गुणवत्ता में काफी खराब कर सकते हैं ।

तकनीक यहां वर्णित घ्राण प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है । इसके अलावा, देखा पिचकारी चिकित्सा उपयोग के लिए एक छिटकानेवाला के लिए लागू है और जन स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए electrospray ionization । उन आवेदनों में भी पिचकारी की दक्षता आवश्यक है ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस अध्ययन को आंशिक रूप से JST मिराई प्रोग्राम, ग्रांट नंबर JPMJMI17DD ने सपोर्ट किया था.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SAW device Lightom Custom-made
Network analyzer SDR-kits DG84AQ VNWA 3E
Dip coater Aiden DC4300
Silane coupling agent Shin-etsu Chemical KBE 903
Cytop amorphous teflon coating Asahi glass CT107MK
Solvent for diluting cytop coating Asahi glass CT-SOLV100K
Solenoid valve Lee INKA2438510H
Transistor array Texas Instrument ULN2803A
RF power amplifier Mini-Circuits ZHL-5W-1
Digital camera  Panasonic Corp DMC-FZ300
Head Mount Display Occulus Occulus Rift Headset
Hot plate As One HHP-170A

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References

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