Inductie van microstreaming door niet-bolvormige bubbeloscillaties in een akoestisch levitatiesysteem

Het begrijpen van door bubbels geïnduceerde mechanische acties is cruciaal in veel technische en therapeutische toepassingen. Het beheersen van bellenoscillaties en de geïnduceerde stromingen in de omgeving is nog steeds een uitdagende taak. De voorgestelde technieken maken het mogelijk om de vormoscillatie van een enkele bel gevangen in een akoestische levitator te regelen.

De geïnduceerde stromingen worden vervolgens gevisualiseerd en gecorreleerd aan de bubbeldynamiek. Estelle Mezianai, een student van het Laboratorium voor therapeutische toepassing van echografie, zal de procedure demonstreren. Begin met het genereren van bellen door de watertank van de oscillator zo te plaatsen dat een focuspunt van de laser zich in de watertank bevindt, wat leidt tot vonkgeneratie voor elke laserpuls van 5 tot 10 millijoule.

Schakel de ultrasone transducer in en verhoog de toegepaste spanning totdat de bellen niet langer verticaal stijgen, maar afwijken naar de druk-anti-node en vast komen te zitten. Stel de achtergrondverlichting in op de diode met continue lichtuitstraling en selecteer de hogesnelheidscamera om de gevangen bel te kunnen observeren. Om een bel te vangen en de radiale oscillaties ervan vast te leggen, stelt u de framegrootte in op 128 bij 128 pixels en de acquisitiesnelheid op 180 kilohertz.

Neem de radiale oscillaties van de bel op van 3 tot 30 milliseconden onder toenemende toegepaste transducerspanningen van 0 tot 8 volt. Schakel na de laatste opname de ultrasone transducer uit en leg één afbeelding van de achtergrond vast voor naanalyse. Voor nabewerking van de videoserie voert u de VoltagePressure uit.

exe-bestand. Specificeer de fysische en experimentele parameters en de waarden van de toegepaste spanning voor de reeks opnames. Klik in het analysevenster van de bellenstraal op Parameters laden en selecteer de map met alle videoseries en achtergrondafbeeldingsbestanden.

Voor elk videobestand wordt de evolutie van de bubbelstraal uitgezet over één akoestische periode en wordt een numerieke fit over elkaar gelegd. Wanneer alle video's zijn verwerkt, klikt u op lineaire regressie om een lineaire aanpassing van de drukspanningscurve uit te voeren. De gegevens worden opgeslagen in een txt-bestand in de huidige map.

Om bubbelcoalescentie te induceren, schakelt u de ultrasone transducer in en stelt u de toegepaste spanning hoog genoeg in zodat de overeenkomstige akoestische druk oppervlakte-instabiliteit kan veroorzaken, nucleeert u een bel die vervolgens naar de vanglocatie migreert. Wanneer een gevangen bel alleen bolvormige oscillaties vertoont, genereer dan een nieuwe laservonk. Wanneer de nieuwe bel de vanglocatie bereikt, treedt coalescentie op Als de samengesmolten bel na het vonken alleen bolvormige oscillaties vertoont, genereer dan een nieuwe bel.

Maar merk op dat meerdere coalescenties nodig kunnen zijn om de straal te bereiken waarbij niet-bolvormige vervormingen optreden. Zodra de samengesmolten bel niet-bolvormige oscillaties vertoont, registreert u de beloscillaties gedurende ongeveer 3 tot 30 milliseconden en gebruikt u de figuur om het modusnummer van de vormoscillaties van de bel te identificeren. Als u vloeistofstroommetingen wilt uitvoeren, stelt u de framesnelheid in op 180 kilohertz, de framegrootte op 128 bij 128 pixels en de belichtingstijd op 1 microseconde om de dynamiek van de belleninterface vast te leggen.

Om de beweging van de kleurstoftracers vast te leggen, stelt u de framegrootte in op 1024 bij 768 pixels, de framesnelheid op 600 hertz en de belichtingstijd op 1 milliseconde. Pas de positie van het laservel aan zodat de verlichte deeltjes zichtbaar zijn voor de camera en nucleair en vang een bel op zoals gedemonstreerd. Pas de positie van de laserplaat verder aan, zodat een schaduw zichtbaar wordt achter de bel en induceer bel coalescentie totdat een stabiel oscillerende vormmodus zichtbaar is.

Verkrijg vervolgens verschillende opnames, schakelend tussen de bubbeldynamiek en microstreaming. Voor beeldverwerking en -analyse importeert u het cine-bestand met de vastgelegde deeltjesbeweging in afbeelding J en klikt u op afbeelding, aanpassen, helderheid, contrast en automatisch. Een automatisch geoptimaliseerde afbeelding vervangt de donkere achtergrond.

Als u het resulterende patroon wilt weergeven, klikt u op afbeelding, stapels en Z-project en selecteert u de optie maximale intensiteit voor de afbeeldingsprojectie. Er wordt een uitvoerafbeelding weergegeven met pixels die de maximale waarde voor alle afbeeldingen in de stapel bevatten. Hier wordt een volledige opeenvolging van bellencoalescentie getoond die leidt tot tijdstabiele symmetriegestuurde niet-bolvormige oscillaties die kunnen worden waargenomen.

De naderende fase van twee bolvormig oscillerende bellen eindigt wanneer de dunne vloeistoffilm tussen de twee bellen wordt gescheurd. Na het moment van coalescentie blijft een enkele bel over die niet-bolvormige oscillaties met een complexe vorm vertoont, die overeenkomt met het voorbijgaande regime van oscillaties na de excitatie van een dynamisch systeem. Na een tiental tot 100 akoestische perioden stabiliseren de oscillatievormen zich tot een steady state oscillatie.

Zodra een bel gevangen zit en stabiele vormoscillaties vertoont, kan de beweging van de fluorescerende tracers in de omgeving van de bel worden vastgelegd. Wanneer vormoscillaties optreden, wordt vloeistofbeweging geproduceerd in de buurt van de belinterface. Alternatieve registratie van de dynamiek van de bubbelinterface op de akoestische tijdschaal en van de beweging van de deeltjes op een lagere tijdschaal maken correlatie van het microstroompatroon met een bepaald vormmodusnummer mogelijk.

Als de dynamiek van de bubbelinterface aanvullende modi bevat, kan de microstreamingstroom aanzienlijk worden gewijzigd vanwege de meerdere interacties tussen de modi die specifieke patronen zouden genereren. Om het stromingspatroon veilig te associëren met een bepaalde vorm sedatie, moet u onthouden dat het noodzakelijk is om als alternatief de beldynamiek en de stromingsbeweging vast te leggen. Deze bevindingen kunnen praktisch nut hebben in neuropathische toepassingen zoals transformatie gemedieerde medicijnafgifte.

Het is inderdaad bekend dat akoestische bubbels door stroming geïnduceerde pure spanningen op celmembranen uitoefenen die leiden tot hun permeatie.