微滴噴射技術(shù)作為少量液體樣本施加技術(shù)得到了越來(lái)越多的關(guān)注,其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)的噴墨打印領(lǐng)域擴(kuò)展到科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,如微/納米結(jié)構(gòu)的制造,微電子封裝和基因工程、3D打印、組合化學(xué)、生物工程、生物醫(yī)藥等。傳統(tǒng)的微滴噴射技術(shù)包括熱泡式、壓電式、靜電式、氣動(dòng)式等。但是,這些傳統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)生的微滴直徑通常大于噴嘴直徑,如希望得到更小的微滴,縮小噴嘴直徑是最直接的途徑。但是縮小噴嘴直徑會(huì)使得液體難以噴出,且噴嘴容易堵塞。近年來(lái),一種新型的微滴噴射技術(shù)——電流體動(dòng)力學(xué)(Electrohydrodynamic,EHD)微滴噴射技術(shù)引起了研究者們的注意。與傳統(tǒng)技術(shù)不同,這種技術(shù)主要是通過(guò)在噴嘴和收集板之間施加高壓,利用電場(chǎng)力“拉伸”液體斷裂,形成微滴。該技術(shù)能夠噴射出遠(yuǎn)小于噴嘴直徑的液滴,從而能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率噴印,并且不易堵塞噴嘴。因此本文將針對(duì)于這種技術(shù)進(jìn)行深入研究。我們?cè)O(shè)計(jì)并搭建了一套EHD微滴噴射系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了兩種基于機(jī)器視覺(jué)的微滴噴射狀態(tài)的檢測(cè)方案:一種是基于高速相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控微滴噴射狀態(tài),但該方法實(shí)驗(yàn)成本較高;另一種是基于收集板感應(yīng)電流(感應(yīng)電荷隨時(shí)間變化率)信號(hào)觸發(fā)低速相機(jī)拍照,這種方法不僅能夠降低實(shí)驗(yàn)成本,還能有效地判斷液滴噴射的穩(wěn)定性�；谏鲜鰞煞N機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,液滴噴射過(guò)程存在三種常見(jiàn)狀態(tài):低頻穩(wěn)定狀態(tài)、過(guò)渡狀態(tài)、高頻穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),噴嘴處彎液面斷裂臨界時(shí)刻對(duì)應(yīng)感應(yīng)電流的極大值。基于這一結(jié)果,我們提出一種方法可粗略估計(jì)微滴滴落初速度和微滴大小,并將其作為判斷微滴噴射穩(wěn)定性的指標(biāo)。本文將自主搭建的微滴噴射系統(tǒng)應(yīng)用到細(xì)胞打印和同位素藥物施加中。細(xì)胞打印實(shí)驗(yàn)中,細(xì)胞成活率高達(dá)96%。EHD微滴噴射技術(shù)還可精準(zhǔn)施加放射性材料,制備用于放療的放射性“籽源”。實(shí)驗(yàn)表明EHD微滴噴射技術(shù)是生物醫(yī)療領(lǐng)域極具前景的微量樣本施加技術(shù)。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：O361.4;TP391.41
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 微液滴噴射技術(shù)簡(jiǎn)介
        1.2.1 熱泡式
        1.2.2 壓電式
        1.2.3 靜電式
        1.2.4 氣動(dòng)式
    1.3 本研究課題的提出
        1.3.1 電流體動(dòng)力學(xué)噴射方式
        1.3.2 電流體動(dòng)力學(xué)噴射方式的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 液滴視覺(jué)檢測(cè)的重要性
    1.4 論文主要內(nèi)容
第2章 噴射裝置的原理與搭建
    2.1 電流體動(dòng)力學(xué)微滴噴射的原理
        2.1.1 基本原理
        2.1.2 存在模式
    2.2 裝置的搭建
        2.2.1 供液系統(tǒng)
        2.2.2 高壓電源
        2.2.3 接收裝置
        2.2.4 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)
        2.2.5 裝置的整體測(cè)試
    2.3 本章小結(jié)
第3章 液滴噴射的視覺(jué)檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)分析
    3.1 基于高速相機(jī)的視覺(jué)檢測(cè)及分析
        3.1.1 圖像采集
        3.1.2 圖像處理
        3.1.3 微滴（“間歇”射流）模式下的噴射狀態(tài)
    3.2 基于感應(yīng)電流的檢測(cè)與分析
        3.2.1 電流放大電路的基本原理
        3.2.2 觸發(fā)拍照的方法
        3.2.3 電流測(cè)量及其特征研究
        3.2.4 基于電流測(cè)量的應(yīng)用
    3.3 本章小結(jié)
第4章 電流體動(dòng)力學(xué)噴射技術(shù)的應(yīng)用
    4.1 細(xì)胞打印
        4.1.1 細(xì)胞培養(yǎng)
        4.1.2 細(xì)胞活性分析
    4.2 放射性材料的釋放
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
    4.3 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2865672