Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

تحريض التدفق الدقيق بواسطة تذبذبات الفقاعات غير الكروية في نظام الرفع الصوتي

Published: May 9, 2021 doi: 10.3791/62044
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 2
1Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, Centre Léon Bérard, INSERM, UMR 1032, LabTAU, France, 2Univ Lyon, Ecole Centrale de Lyon, INSA de Lyon, CNRS, LMFA UMR 5509, France

Summary

تم اقتراح تقنية سريعة وموثوقة للتحكم في تذبذبات شكل فقاعة صوتية واحدة محاصرة تعتمد على تقنية الالتحام بين فقاعتين. تسمح تذبذبات شكل الفقاعة المستقرة التي يتم التحكم فيها بالتماثل بتحليل تدفق السوائل المتولد بالقرب من واجهة الفقاعة.

Abstract

عندما تقع بالقرب من الحواجز البيولوجية ، قد تزيد الفقاعات الدقيقة المتذبذبة من نفاذية غشاء الخلية ، مما يسمح باستيعاب الأدوية والجينات. تشير الملاحظات التجريبية إلى أن الاختراق المؤقت لهذه الحواجز قد يكون بسبب إجهاد القص الذي يمارس على أنسجة الخلايا عن طريق التجويف المجهري. التدفق الدقيق للتجويف هو توليد تدفقات دوامة تنشأ حول الفقاعات الدقيقة المتذبذبة بالموجات فوق الصوتية. لإنتاج مثل هذه التدفقات السائلة ، يجب أن تنحرف تذبذبات الفقاعات عن التذبذبات الكروية البحتة وتتضمن إما عدم استقرار انتقالي أو أوضاع شكل. غالبا ما تكون الدراسات التجريبية للتدفقات التي تسببها الفقاعات وإجهاد القص على الأسطح القريبة مقيدة في نطاقها بسبب صعوبة التقاط تشوهات شكل الفقاعات الدقيقة بطريقة مستقرة ويمكن التحكم فيها. وصفنا تصميم غرفة الرفع الصوتية لدراسة التذبذبات غير الكروية التي يتم التحكم فيها بالتماثل. يتم إجراء هذا التحكم باستخدام تقنية الالتحام بين فقاعتين تقتربان في مجال الموجات فوق الصوتية المكثف بدرجة كافية. يفتح التحكم في التذبذبات غير الكروية الطريق أمام التدفق الدقيق للتجويف المتحكم فيه لفقاعة دقيقة متذبذبة سطحيا حرة. تسمح الكاميرات ذات معدل الإطارات العالي بالتحقيق في ديناميكيات الفقاعات غير الكروية في وقت واحد تقريبا على مقياس زمني صوتي وتدفق السائل في نطاق زمني أقل. يتبين أنه يمكن الحصول على مجموعة كبيرة ومتنوعة من أنماط السوائل وأنها مرتبطة بالمحتوى المشروط لواجهة الفقاعة. لقد أثبتنا أنه حتى أوضاع الشكل عالية الترتيب يمكن أن تخلق أنماطا للسوائل لمسافات كبيرة إذا كانت ديناميكيات الواجهة تحتوي على عدة أوضاع ، مما يسلط الضوء على إمكانات التذبذبات غير الكروية لتوصيل الدواء المستهدف والموضعي.

Introduction

في الطب ، يجب أن يخترق الدواء المدار العديد من العقبات في النظام الحي قبل الوصول إلى الأهداف المرجوة. ومع ذلك ، يتم تنظيف معظم الأدوية بسرعة بعيدا عن مجرى الدم. كفاءة الاستهداف منخفضة ولا يمكنها عبور أغشية الخلايا بسهولة ، مما يؤدي إلى توصيل الدواء بشكل غير فعال. حاليا ، تم اقتراح استخدام الفقاعات الدقيقة مع الموجات فوق الصوتية كطريقة مبتكرة للتوصيل غير الجراحي والدقيق والمستهدف للأدوية والجينات إلى الأنسجة والخلايا المرضية1. في هذا النهج ، يمكن أن تلعب الفقاعات الدقيقة دورا كناقلات حيث يتم حقن الأدوية المجانية إما بتعليق فقاعة الغاز أو تحميلها على سطحها. يمكن أن تعمل الفقاعات الدقيقة أيضا كناقل محلي لإعادة تركيز طاقة الموجات فوق الصوتية من أجل التفاعل مع الخلايا. في الأساس ، تحت التعرض للموجات فوق الصوتية ، تضغط الفقاعات وتتوسع بثبات ، وهو نظام يسمى التجويف المستقر الذي يولد تدفقات سائلة وبالتالي إجهاد القص على الأشياء القريبة. قد تتذبذب الفقاعات الدقيقة أيضا بشكل غير خطي وتتوسع حتى الانهيار ، في نظام التجويف بالقصور الذاتي ، مما ينتج عنه موجات صدمة تنتشر شعاعيا من موقع الانهيار2. لقد ثبت أن التجويف ، سواء كان مستقرا أو بالقصور الذاتي ، يعزز نفاذية أغشية الخلايا ، وبالتالي يعزز استيعاب الأدوية في الخلية3.

في التطبيقات العلاجية ، يعد فهم آلية تفاعل خلية الفقاعة أمرا مهما للغاية ، ولكن هناك العديد من الحواجز ، من الجانبين العلمي والتقني ، التي تمنع معرفتنا من التقدم. أولا ، من الصعب للغاية التقاط ديناميكيات الخلايا استجابة للمحفزات الميكانيكية التي تسببها الفقاعات4. في النطاق الزمني الصوتي ، يمكن أن تؤدي تذبذبات الفقاعات الدقيقة من الدرجة الأولى إلى تنشيط قنوات الغشاء ، مما يسهل المرور الجزيئي عبر الواجهات البيولوجية. يحدث هذا من خلال التذبذب المباشر لغشاء الخلية ، ويسمى أيضا "التدليك الخلوي"5. تم إثبات تنشيط القناة بعد الإجهاد الميكانيكي المباشر باستخدام تقنيات المشبك الرقعي التي تقيس الخصائص الفيزيولوجية الكهربية لأغشية الخلايا أثناء وبعد التعرض للموجات فوق الصوتية6. إن قياس ديناميكيات الخلايا التي تسببها الفقاعات (بمعنى المجال الكامل لتشوه غشاء الخلية) على النطاق الزمني الصوتي ، سيوفر أيضا رؤى حول عتبة توسع منطقة الغشاء Δ A/ A المطلوبة لحث المسام في غشاء الخلية7. الحاجز الثاني هو التحكم في نظام الفقاعة المنهارة لتجنب تحلل الخلايا الناجم عن الفقاعات الدقيقة. تم تحديد انهيار الفقاعات والنفاثات الدقيقة المستحثة كآلية يحدث من خلالها ثقب الغشاء 8,9. بمجرد أن يتخلل ، يتم إصلاح غشاء الخلية من خلال الختم الذاتي للكالسيوم للطبقات الثنائية الدهنية واندماج الحويصلات داخل الخلايا9. قد يتسبب حدوث انهيارات الفقاعات أيضا في حدوث أضرار قاتلة للخلية وإحداث آثار جانبية غير ضرورية في الخلايا المحيطة. في التطبيقات الحساسة مثل فتح الحاجز الدموي الدماغي بوساطة الموجات فوق الصوتية ، من المقبول عموما أنه يجب تجنب انهيار الفقاعات بالقصور الذاتي10.

لذلك ، يتم حاليا تكريس جهود ضخمة لتصميم تسلسل انبعاثات الموجات فوق الصوتية ، إلى جانب مراقبة التجويف السلبي والتحكم فيه ، من أجل ضمان تذبذبات مستقرة للفقاعات الدقيقة11. في هذا النظام المستقر ، تم افتراض أن الفقاعات المتذبذبة بشكل ثابت تلعب دورا قويا في تحفيز نفاذية الغشاء من خلال تعزيز إجهاد القص المستهدف مكانيا على غشاء الخلية7. ينتج إجهاد القص عن تدفقات السائل الناتجة بالقرب من الفقاعات المتذبذبة. تسمى هذه التدفقات السائلة microstreaming التجويف ، وكما ذكر أعلاه ، فهي واحدة من العديد من الآليات الممكنة المسؤولة عن تعزيز امتصاص الجزيئات خارج الخلية. عند التعامل مع تعليق الفقاعات أو الخلايا مثل فحوصات النقل البيولوجي في المختبر12 ، قد تكون النفاذية عن طريق البث الدقيق أكثر كفاءة من النفاذية عن طريق انهيار الفقاعة. يمكن إظهار ذلك من خلال اعتبار هندسي بسيط. في تعليق الخلية ، سيكون sonoporation فعالا إذا تم تقديم غالبية الخلايا المعلقة لتأثيرات ميكانيكية كبيرة بما فيه الكفاية (مما يؤدي إلى نفاذية الغشاء). من المعروف أن انهيارات الفقاعات يتم توجيهها على طول اتجاه كسر التماثل الخواص ، مثل محور جدار الفقاعة13 أو خط الفقاعة وخلية الفقاعة الذي ينضم إلى مركز الكتلة14. وبالتالي فإن النفاثة الصغيرة المنتجة هي ظاهرة موضعية مكانيا على طول عدد محدود من الخطوط التي تربط مراكز الخلية والفقاعات. اعتمادا على تركيز الخلية والفقاعة ، وكذلك المسافة بين خلية الفقاعة ، قد لا يكون هذا التأثير هو الأكثر كفاءة لاختراق العدد الكامل للخلايا العالقة. في المقابل ، يعد التدفق الدقيق للتجويف ظاهرة تحدث في نطاق زمني بطيء ، مع توسع مكاني كبير مقارنة بنصف قطر الفقاعة. أيضا ، يتم توزيع تدفق السائل في جميع أنحاء الفقاعة ، وبالتالي قد يؤثر على عدد أكبر من الخلايا ، على مدى طويل جدا. لذلك ، فإن فهم التدفق الدقيق للتجويف المتولد حول فقاعة متذبذبة هو شرط أساسي للتحكم في إجهاد القص الناجم عن الفقاعة الذي يتم تطبيقه على الخلايا وتحديده.

للقيام بذلك ، تتمثل الخطوة الأولية في التحكم في التذبذبات الكروية وغير الكروية للفقاعة التي تحركها الموجات فوق الصوتية ، حيث يتم تحفيز تدفقات السائل المتولدة بواسطة حركة واجهة الفقاعة15,16. على وجه الخصوص ، يجب تشغيل تذبذبات شكل الفقاعات الدقيقة والحفاظ على استقرارها. علاوة على ذلك ، يجب التحكم في اتجاه تذبذبات شكل الفقاعة لتحليل العلاقة بين ديناميكيات واجهة الفقاعة ونمط التدفق الدقيق المستحث بشكل صحيح. عند تلخيص الأدبيات الموجودة ، من الواضح أن النتائج التجريبية التفصيلية للتدفق الدقيق الناجم عن التجويف متاحة فقط للفقاعات المرتبطة بالسطح. تستخدم الفقاعات الدقيقة المتصلة بالجدار بشكل شائع لتقييم ديناميكيات الواجهة الدقيقة وتفاعلات الخلايا على مقياس الميكرومتر تحت نظام الفحص المجهري فائق السرعة. هذا التكوين مناسب علاجيا عند التفكير في الفقاعات الدقيقة المهتزة الموجودة على غشاء الخلية17،18،19. ومع ذلك ، فإن دراسة الفقاعة المرتبطة بالركيزة قد تجعل تحليل ديناميكيات الفقاعات أكثر تعقيدا ، ويرجع ذلك جزئيا إلى الطبيعة المعقدة لديناميكيات خط الاتصال20 ، وتشغيل أوضاع الشكل غير المتماثل21. في التطبيقات الطبية والبيولوجية ، توجد الفقاعات غير المتصلة بالجدار بشكل شائع في الأشكال الهندسية المحصورة مثل الأوعية الصغيرة. هذا يؤثر بشكل كبير على ديناميكيات الفقاعة وعدم استقرار الشكل. على وجه الخصوص ، يؤدي وجود جدار قريب إلى تحويل عتبة الضغط لوضع الشكل مما يؤدي إلى انخفاض قيم الضغط اعتمادا على رقم وضع الشكل وحجم الفقاعة22. يؤثر الجدار أيضا على التدفق الدقيق الناجم عن الفقاعة مع احتمال كثافة أعلى للتدفق المنتج23.

من بين جميع السيناريوهات المحتملة التي قد تواجهها الفقاعات الدقيقة (حرة أو متصلة ، قريبة من جدار ، تنهار أو تتأرجح بثبات) ، نقترح التحقيق في الديناميكيات غير الكروية لفقاعة واحدة بعيدة عن أي حدود. يعتمد الإعداد التجريبي على نظام الرفع الصوتي24 حيث يتم استخدام موجة الموجات فوق الصوتية الدائمة لاحتجاز الفقاعة. يتوافق هذا السيناريو مع التطبيقات الطبية التي تتعايش فيها مجموعة من الفقاعات والخلايا العالقة في غرفة نقل الصوت ، على سبيل المثال. بقدر ما تكون الفقاعات والخلايا ليست قريبة جدا ، فمن المفترض أن وجود خلية لا يؤثر على ديناميكيات واجهة الفقاعة. عندما تتبع الخلايا المسارات الشبيهة بالحلقة للتدفق الدقيق الناجم عن التجويف ، فإنها تقترب بشكل دوري وتتنافر من موقع الفقاعة ويمكننا أن نفترض أن وجود الخلية لا يؤثر على نمط التدفق ولا سرعته المتوسطة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الديناميكيات غير الكروية والتدفق الدقيق المستحث من فقاعات مفردة بعيدة عن الحدود معروفة جيدا من وجهة نظر نظرية. من أجل ربط تدفق السائل الناجم عن الفقاعة بديناميكيات كفاف الفقاعة ، يلزم توصيف ديناميكيات واجهة الفقاعة بدقة. للقيام بذلك ، من الأفضل تكييف النطاق الزماني المكاني في الدراسات التجريبية فيما يتعلق بتلك المستخدمة في العلاجات بحيث يكون الحصول على كاميرات عالية السرعة شائعة (أقل من 1 مليون إطار / ثانية) ممكنا باستخدام فقاعات كبيرة متحمسة عند ترددات منخفضة. عند النظر في الفقاعات غير المطلية ، يرتبط التردد الذاتي ω n لنمط معين n بحجم الفقاعة مثل Equation 125. يتم تعديل علاقة نصف القطر والتردد الذاتي هذه بشكل طفيف عند النظر في الفقاعات المقشرة26 ، لكن ترتيب حجم التردد الذاتي ωn يظل كما هو. وبالتالي ، فإن فحص الفقاعات ذات أنصاف أقطار التوازن ~ 50 ميكرومتر في مجال الموجات فوق الصوتية 30 كيلو هرتز يشبه دراسة الفقاعات المغلفة من أنصاف الأقطار ~ 3 ميكرومتر في مجال 1.7 ميجاهرتز ، على النحو الذي اقترحه Dollet et al.27. لذلك من المتوقع أن تكون أرقام وضع الشكل مماثلة وبالتالي أنماط البث المصغر.

من أجل تشغيل تذبذبات غير كروية لواجهة الفقاعة ، من الضروري تجاوز عتبة ضغط معينة تعتمد على نصف القطر ، كما هو موضح في الشكل 1. تعتمد التقنيات التجريبية الحالية على زيادة الضغط الصوتي لتحريك الأنماط السطحية (الموضحة بالمسار (1) في الشكل 1) ، إما عن طريق زيادة الضغط خطوة بخطوة28 أو عن طريق إثارة السعة المعدلة المسؤولة عن البداية الدورية وانقراض أوضاع السطح29. العيوب الرئيسية لهذه التقنيات هي (i) الاتجاه العشوائي لمحور التماثل للتذبذبات السطحية التي لا يمكن التحكم فيها لتكون في مستوى التصوير ، (ii) عمر قصير لتذبذبات شكل الفقاعة التي تجعل تحليل تدفقات السائل المستحثة صعبا في نطاقات زمنية أكبر ، و (iii) التشغيل المتكرر لأوضاع الشكل غير المستقرة. نقترح تقنية بديلة لعبور عتبة الضغط عند ضغط صوتي ثابت في خريطة نصف القطر / الضغط ، كما هو موضح في المسار (2) في الشكل 1. للقيام بذلك ، يلزم زيادة حجم الفقاعة بحيث تكون في منطقة عدم الاستقرار. يتم تنفيذ هذه الزيادة بواسطة تقنية اندماج الفقاعة. يتم استغلال اندماج فقاعتين صغيرتين ، متذبذبتين كرويا في البداية ، لإنشاء فقاعة واحدة مشوهة. إذا كان الضغط الصوتي وحجم الفقاعة للفقاعة المدمجة في منطقة عدم الاستقرار ، يتم تشغيل أوضاع السطح. لقد أثبتنا أيضا أن تقنية الالتحام تحفز تذبذبات الشكل المستقر في نظام الحالة المستقرة ، بالإضافة إلى محور تناظر متحكم فيه تحدده الحركة المستقيمة للفقاعتين المقتربتين. نظرا لأن تذبذب الشكل المستقر مضمون على مدار دقائق ، فإن تحليل تدفق السوائل الناجم عن الفقاعات ممكن عن طريق بذر الوسط السائل بجزيئات دقيقة فلورية مضاءة بواسطة ورقة ليزر رقيقة. يسمح تسجيل حركة الجسيمات الدقيقة الصلبة بالقرب من واجهة الفقاعة بتحديد نمط تدفق السائل المستحث30. يوضح الشكل 2 المبدأ العام لتحفيز تذبذبات شكل الفقاعة ، مما يؤدي إلى تدفق سائل مستقر زمنيا.

في البروتوكول التالي ، نوضح الخطوات المطلوبة لإنشاء تذبذبات مستقرة على شكل فقاعة عبر تقنية الالتحام ونصف قياسات تدفق السوائل. يتضمن ذلك تصميم نظام الرفع الصوتي ، والمعايرة الصوتية ، ونواة الفقاعات وتقنية الالتحام ، وقياس ديناميكيات واجهة الفقاعة وتدفق السوائل المحيطة ، ومعالجة الصور.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تصميم غرفة الرفع الصوتية

  1. صمم خزانا مكعبا شفافا بصريا (يشبه PMMA) (حافة 8 سم وسمك 2.8 مم لكل وجه) باستخدام وحدة الهندسة لبرنامج محاكاة متعدد الفيزياء (جدول المواد).
  2. أدخل سطحا أسطوانيا (Ø = 35 مم) متمركزا في قاع الخزان ، لنمذجة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية.
  3. اضبط شروط الحدود على صفر ضغط على كل جدار مع إزاحة طبيعية بسعة 1 ميكرومتر على سطح محول الطاقة.
  4. باستخدام وحدة مجال التردد ، قم بمحاكاة وظيفة استجابة التردد (FRF) للخزان في نطاق التردد [10 - 40] كيلو هرتز ، في المواقع التعسفية الثلاثة loc1 = (0.01375 ، 0.01375 ، 0.04125) ، loc2 = (0 ، 0 ، 0.0088) ، و loc3 = (0.021725 ، 0.023375 ، 0.00935).
  5. قم بتكييف حجم الخزان بحيث يتوافق أحد الأوضاع الصوتية للتجويف مع التردد الاسمي لمحول الطاقة (هنا 31.2 كيلو هرتز). ومن ثم، يحتوي FRF على قمة رنين واحدة قريبة من هذا التردد، كما هو موضح في الشكل 3.
  6. ارسم مجال الضغط داخل الخزان، كما هو موضح في الشكل 4. يجب أن يحتوي وضع الرنين المختار على عقدة ضغط واحدة على الأقل في الجزء الداخلي من الحاوية ، حيث سيتم احتجاز الفقاعة الصوتية.
  7. عند تصميم الخزان ، صمم وجها علويا متحركا مع أخدود توجيهي على كل حافة لإغلاق وجوه الخزان بإحكام. حفر حفرة صغيرة في الوجه العلوي من أجل ملء الخزان مع الوسط السائل.
  8. ضع خزان المياه فوق إطار محلي الصنع يحتوي على محول الموجات فوق الصوتية (نوع Langevin، تردد اسمي 31.2 كيلو هرتز). استخدم جل تخطيط صدى الصوت لإقران محول الطاقة بالجدار السفلي للخزان.
  9. ضع نظام الخزان والإطار فوق طاولة إزاحة ثلاثية الاتجاهات مع مسامير ميكرومترية.
  10. املأ الخزان بفلتر دقيق ومنزوع المعادن وماء (غير منزوع الغازات ، الحجم ~ 500 مل ، تشبع الأكسجين حوالي 8 مجم · L-1).
    ملاحظة: إن استخدام الماء غير المنزوع الغاز بدلا من التفريغ يجعل من الممكن الحفاظ على فقاعات مستقرة طوال مدة التجارب. سيؤدي استخدام الماء الذي تم تفريغه إلى تسريع تقلص الفقاعات بسبب انتشار الغاز ، حتى لو تمت موازنته قليلا بالانتشار المصحح (بوساطة الموجات فوق الصوتية).

2. توليد الفقاعات والمعايرة الصوتية

  1. قم بإعداد الإعداد التجريبي المستخدم لنواة الفقاعات المستحثة بالليزر والإثارة الصوتية والتسجيل عالي السرعة (الشكل 5 أ ، ب ، ج). يتكون الإعداد التجريبي من (أ) نظام الرفع الصوتي ، (ب) مصدر طاقة الليزر و (ج) رأس الليزر ، (د) عدسة مقعرة كروية واحدة ، (ه) عدسة مقعرة مستوية وعدسة لا كروية واحدة ، (و) الكاميرا عالية السرعة ، (ز) الصمام الثنائي الباعث للضوء المستمر. في وقت لاحق ، لقياسات تدفقات السائل (الشكل 5 د) (H) مصدر ليزر موجة مستمرة واحد ، (I) ستتم إضافة عدسة أسطوانية مستوية مقعرة متبوعة بعدسة أسطوانية مستوية مقعرة يتم إدخالها خلف العدسة الأولى وموجهة على المحور المتعامد.
  2. قم بتوصيل محول الموجات فوق الصوتية بمولد وظائف. اضبط إشارة الإثارة على النحو التالي: شكل الموجة الجيبية ، الموجة المستمرة ، التردد 31.2 كيلو هرتز. السعة هي المعلمة المتغيرة الوحيدة.
  3. ضع العدسة (D) على مسافة 6 سم تقريبا أمام رأس الليزر (C).
  4. ضع العدسة (E) على مسافة 12 سم تقريبا أمام العدسة (D).
  5. ضع خزان المياه (A) بحيث توجد نقطة تركيز الليزر داخل خزان المياه ، مما يؤدي إلى توليد شرارة لكل نبضة ليزر (5-10 مللي جول). يجب أن تكون شرارة الليزر على بعد حوالي 3 سم تحت مضاد الضغط المستهدف.
    ملاحظة: بدون الموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) ، سترتفع الفقاعة ذات النواة بالليزر إلى الوجه العلوي بسبب الطفو.
  6. قم بتشغيل محول الموجات فوق الصوتية. قم بزيادة الجهد المطبق حتى لا ترتفع الفقاعة عموديا ولكنها تنحرف نحو مضاد الضغط ، وللحصول على ضغط مرتفع كاف ، محاصرة.
  7. اضبط الإضاءة الخلفية (الصمام الثنائي الباعث للضوء المستمر) والكاميرا عالية السرعة لمراقبة الفقاعة المحاصرة.
    ملاحظة: عند نواة فقاعة جديدة باستخدام شرارة ليزر ، من السهل التقاط مسار الفقاعة التي تقترب من موقع محاصرتها.
  8. حرك موقع شرارة الليزر داخل خزان المياه بحيث يظل مسار الفقاعة داخل المستوى البؤري للكاميرا.
  9. قم باحتجاز فقاعة واحدة والتقط تذبذباتها الشعاعية باستخدام المعلمات التالية: حجم الإطار 128 × 128 بكسل ، معدل الاستحواذ 180 كيلو هرتز. ويرد مثال على التذبذبات الشعاعية ذات السعة الكبيرة على مدى فترتين صوتيتين في الشكل 6. يتراوح حجم فقاعات الغاز النموذجية من 30 إلى 80 ميكرومتر.
  10. سجل التذبذبات الشعاعية للفقاعة خلال 3 إلى 30 مللي ثانية من أجل التقاط مئات إلى آلاف تذبذبات الفقاعات. كرر هذا التسجيل لزيادة الفولتية المطبقة للمحول. الفولتية المطبقة النموذجية في حدود 0-8 فولت.
    ملاحظة: عند تعديل الجهد المطبق ، يتحرك موقع توازن الفقاعة المحاصرة عموديا قليلا. لمتابعة التذبذبات دون تحريك الإضاءة الخلفية والكاميرا ، ضع النظام (محول الطاقة وخزان المياه) على طاولة متحركة ثلاثية الاتجاهات بدقة ميكرومترية.
  11. قم بتشغيل محول الموجات فوق الصوتية والتقط صورة واحدة للخلفية للتحليل اللاحق.
  12. بعد معالجة سلسلة الفيديو باتباع هذا الإجراء:
    1. قم بتشغيل الملف القابل للتنفيذ VoltagePressure.exe. يجب فتح الواجهة الموضحة في الشكل 7 .
      ملاحظة: البرنامج النصي متاح كمستند تكميلي.
    2. حدد المعلمات الفيزيائية والتجريبية في العمود الأيسر (الشكل 7 أ).
    3. حدد قيم الجهد المطبق لسلسلة التسجيلات في الجدول السفلي الأيمن (الشكل 7 ب).
    4. في لوحة تحليل نصف قطر الفقاعة ، انقر فوق تحميل المعلمات (الشكل 7C) وحدد المجلد الذي يحتوي على جميع ملفات سلسلة الفيديو الخاصة بك ، ثم صورة الخلفية (إلزامي).
    5. يسمح بالاختيار بين تحليل جميع مقاطع الفيديو مرة واحدة ، بالنقر فوق تلقائي ، أو واحدا تلو الآخر بالنقر فوق خطوة بخطوة.
    6. لكل ملف فيديو ، يتم رسم تطور نصف قطر الفقاعة على مدى فترة صوتية واحدة ، ويتم تثبيت ملاءمة رقمية. يتوافق المنحنى الأحمر مع نمذجة رايلي-بليسيت الخطية. يتم عرض نصف قطر فقاعة التوازن (الشكل 7D).
    7. وفقا للتركيب العددي ، يتم عرض الضغط المطبق لهذا الجهد في لوحة الرسم البياني للضغط (الجهد) (الشكل 7E). يتم عرض قيمة الضغط المطبق أيضا في الجدول السفلي الأيمن (الشكل 7 ب). الضغوط المطبقة النموذجية المقابلة لديناميكيات الجهد 0-8 فولت هي 0-25 كيلو باسكال.
    8. بمجرد معالجة جميع مقاطع الفيديو ، انقر فوق الانحدار الخطي زر لإجراء ملاءمة خطية لمنحنى الضغط / الجهد. يتم حفظ البيانات (قيم الجهد والضغط) في ملف .txt موجود في الدليل الحالي. يتم توفير منحدر الملاءمة.

3. تقنية الالتحام

  1. قم بتشغيل محول الموجات فوق الصوتية. اضبط الجهد المطبق بدرجة كافية بحيث قد يؤدي الضغط الصوتي المقابل إلى عدم استقرار السطح ، وفقا لمخطط الضغط العددي / نصف القطر لمناطق عدم الاستقرار ، كما هو موضح في الشكل 8.
  2. قم بنواة فقاعة ، والتي ستنتقل بعد ذلك إلى موقع محاصرتها. إذا كانت الفقاعة المحاصرة تظهر تذبذبات كروية فقط ، فانتقل إلى الخطوة التالية. إذا ظهرت تذبذبات غير كروية:
    1. قم بإيقاف تشغيل طاقة الموجات فوق الصوتية للسماح للفقاعة بالارتفاع إلى السطح العلوي.
    2. قم بتعديل طاقة الليزر (عن طريق الضبط الدقيق على بضعة مللي جول) أو تقليل جهد محول الطاقة.
    3. قم بتشغيل طاقة الموجات فوق الصوتية.
    4. نواة فقاعة جديدة.
    5. كرر هذا الإجراء حتى يؤدي حجم الفقاعة إلى تذبذبات كروية بحتة.
  3. عندما تظهر الفقاعة المحاصرة تذبذبات كروية فقط ، قم بتوليد شرارة ليزر جديدة. عندما تصل الفقاعة الجديدة إلى موقع الاصطياد ، يحدث الاندماج.
  4. إذا أظهرت الفقاعة المدمجة تذبذبات كروية فقط ، فقم بإنشاء فقاعة جديدة. قد يكون من الضروري وجود اندماجات متعددة للوصول إلى نصف قطر الفقاعة الذي تحدث عنده تشوهات غير كروية. يوضح الشكل 9 مثالا على اندماج الفقاعات الذي يؤدي إلى تذبذبات غير كروية.
  5. بمجرد أن تظهر الفقاعة المدمجة تذبذبات غير كروية ، سجل تذبذبات الفقاعة لمدة 3 إلى 30 مللي ثانية تقريبا.
  6. حدد رقم وضع تذبذبات الشكل بالرجوع إلى الشكل 10.

4. قياسات تدفق السوائل

  1. في حالة قياسات التدفق الدقيق للتجويف ، يجب إضافة جزيئات التتبع الفلورية إلى الماء قبل نواة الفقاعة. في هذه الدراسة ، تم استخدام جزيئات 0.71 ميكرومتر (جدول المواد). إنها صغيرة بما يكفي لتكون شفافة صوتيا (لا تتأثر بقوة الإشعاع الصوتي) وتتبع التدفق بدقة وكذلك كبيرة بما يكفي لتشتيت ضوء الليزر. استخدم ثلاث قطرات لحجم خزان المياه ، المقابلة تقريبا 2.104 جزيئات / مم3.
  2. قبل أخذ القياسات ، قم بتعيين المعلمات التالية لالتقاط كل من ديناميكيات الفقاعة (مقياس زمني سريع) وتدفق السوائل (مقياس زمني منخفض):
    1. قم بإنشاء تقسيم لقرص تسجيل الكاميرا.
    2. بدلا من ذلك ، حدد معلمات التسجيل على النحو التالي:
      1. معدل الإطارات 180 كيلو هرتز ، وحجم الإطار 128 × 128 بكسل ، ووقت التعرض 1 μs لتسجيل واحد لديناميكيات واجهة الفقاعة
      2. معدل الإطارات 600 هرتز ، وحجم الإطار 1024 × 768 بكسل ، ووقت التعرض 1 مللي ثانية لتسجيل واحد لحركة متتبعات الأصباغ.
  3. استخدم الليزر المستمر.
  4. قم بإنشاء ورقة ليزر رقيقة عن طريق السماح لشعاع الليزر بالمرور عبر عدسة أسطوانية مستوية مقعرة وعدسة أسطوانية مستوية محدبة موجهة على محور متعامد. يمكن الحصول على عرض شعاع يبلغ حوالي 160 ميكرومتر.
  5. قم بإعداد ورقة الليزر لتتوافق مع مستوى التصوير:
    1. اضبط الليزر على جهاز متحرك بحيث يمكن تحريك ورقة الليزر بالتوازي مع مستوى التصوير.
    2. اضبط الموضع بحيث تكون الجسيمات المضيئة مرئية بواسطة الكاميرا.
    3. نواة وحبس فقاعة.
    4. اضبط موضع ورقة الليزر بشكل أكبر ، بحيث يصبح الظل مرئيا خلف الفقاعة. توجد الفقاعة الآن داخل لوح الليزر، كما هو موضح في الشكل 11.
  6. حث على اندماج الفقاعات حتى يظهر وضع الشكل المتذبذب بشكل ثابت.
  7. قم بإجراء العديد من التسجيلات بالتبديل ذهابا وإيابا بين ديناميكيات الفقاعات والبث المصغر.
    ملاحظة: قم بإيقاف تشغيل الليزر المستمر عند عدم الحاجة إليه. يمكن أن يخلق التسخين تدفقات حمل حراري غير مرغوب فيها. أيضا ، قم بإيقاف تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء عند إجراء قياسات تدفق التدفق.

5. معالجة الصور لتصور أنماط البث الدقيق للتجويف

  1. قم بتثبيت برنامج التصور ImageJ لمعالجة الصور وتحليلها في Java. قم أيضا بتثبيت البرنامج المساعد CINE File Reader لفتح ملفات الكاميرا عالية السرعة.
  2. انقر فوق ملف | استيراد | CineFile وحدد الفيديو *.cine الذي يحتوي على التقاط حركة الجسيمات.
  3. حدد استخدام مكدس افتراضي في النافذة الجديدة ، تم تحميل الفيديو الآن.
  4. لمراقبة حركة الجسيمات دون عرض نمط البث ، انقر فوق صورة | ضبط | السطوع / التباين | تلقائي. يتم الآن استبدال الخلفية المظلمة بصورة محسنة تلقائيا.
  5. لعرض النمط الناتج ، انقر فوق صورة | مداخن | Z Project واختر خيار الكثافة القصوى لعرض الصورة. يتم عرض صورة مخرجات ذات بيكسلات تحتوي على القيمة القصوى على كل الصور في المكدس. اضبط تباين الصورة كما هو موضح في الخطوة 5.4، إذا لزم الأمر.
    ملاحظة: يتم الحصول على نمط تدفق مثل تلك الموضحة في الشكل 12 ب والشكل 12 د .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يتم عرض تسلسل كامل من اندماج الفقاعات مما يؤدي إلى تذبذبات غير كروية مستقرة زمنيا ويتم التحكم في التناظر فيها في الشكل 9. تنتهي مرحلة الاقتراب من فقاعتين متذبذبتين كرويا عندما يتمزق الفيلم السائل الرقيق بين الفقاعتين. تجدر الإشارة إلى أنه في المرحلة الأخيرة قبل الالتحام ، تنحرف واجهات الفقاعة عن الكروية. كلتا الفقاعتين تستطيلان على شكل بيضاوي الشكل على طول مسار الحركة المستقيمة للنهج. بعد لحظة الالتحام ، تبقى فقاعة واحدة وتظهر تذبذبات غير كروية ذات شكل معقد خلال فترات صوتية قليلة. هذا يتوافق مع نظام التذبذبات العابر ، بعد إثارة أي نظام ديناميكي. بعد اثنتي عشرة إلى مائة فترة صوتية ، تستقر تذبذبات الشكل على تذبذب الحالة المستقرة ، كما هو موضح هنا للوضع 4 ، كما يمكن استنتاجه من تفسير الشكل 10. قد يستمر هذا الوضع لآلاف الفترات الصوتية ، لعدة أجزاء من الثانية إلى بضع دقائق. وهذا يسمح بإجراء قياسات شبه متزامنة لتدفقات السائل التي تسببها الفقاعات.

بمجرد احتجاز الفقاعة وإظهار تذبذبات ثابتة الشكل ، يتم التقاط حركة مقتفيات الفلورسنت في محيط الفقاعة ، كما هو موضح في الشكل 11. بادئ ذي بدء ، فإن غياب حركة الجسيمات لفقاعة تظهر تذبذبات كروية بحتة يتوافق مع العديد من نماذج microstreaming التجويف31 التي تثبت أنه لا توجد دوامة ناتجة عن التذبذبات الشعاعية النقية. عندما تحدث تذبذبات الشكل ، يتم إنتاج حركة سائلة بالقرب من واجهة الفقاعة ، كما هو موضح في الشكل 12. يسمح التسجيل البديل لديناميكيات واجهة الفقاعة على مقياس الوقت الصوتي (الشكل 12 أ ، ج) وحركة الجسيمات في مقياس زمني أقل (الشكل 12 ب ، د) بربط نمط التدفق الدقيق برقم وضع شكل معين. يقدم الشكل 12 أ سلسلة لقطات من ديناميكيات الفقاعات لفقاعة نصف قطرها المتوسط R0 = 70.5 μm ، مدفوعة بالضغط الصوتي Pa = 12.8 kPa ، والتي تتأرجح في الغالب على الوضع 3. يتكون نمط التدفق المصغر المرتبط ، في الشكل 12 ب ، من ستة فصوص. إن الحفاظ على محور التماثل بين تذبذبات وضع الشكل ونمط البث الدقيق مرئي بوضوح. يقدم الشكل 12 ج سلسلة لقطات من ديناميكيات الفقاعات لفقاعة نصف قطرها المتوسط R0 = 55.7 μm ، مدفوعة بالضغط الصوتي Pa = 23.6 kPa ، والتي تتأرجح في الغالب على الوضع 4. يتكون نمط التدفق المصغر المرتبط في الشكل 12 د من ثمانية فصوص صغيرة بحجم قطر الفقاعة. مرة أخرى ، أصبح الحفاظ على محور التماثل بين تذبذبات وضع الشكل ونمط البث الدقيق مرئيا بوضوح. يبدو أن هذه النتائج تؤكد أنه كلما كانت أوضاع الشكل ذات الترتيب الأعلى ، كان نمط البث المصغر أصغر وأكثر انحدارا في محيط الفقاعة.

هذا الافتراض لنمط تدفق أضيق للأوضاع ذات الترتيب الأعلى ليس واضحا ويعتمد على المحتوى المشروط لديناميكيات واجهة الفقاعة. في الواقع ، يجب أن نتذكر أن تدفق السائل الناجم عن الفقاعات ينتج عن التفاعلات بين وضعين شكليين يتأرجحان بنفس التردد ، أو التفاعل الذاتي لنمط مع نفسه31. الفقاعة التي تتأرجح في الغالب على وضع شكل معين ، على سبيل المثال دعونا نفكر في الوضع 3 ، قد تثير أيضا تذبذبات غير كروية أخرى من خلال اقتران غير خطي بين الوضعين29. إذا كانت ديناميكيات واجهة الفقاعة تحتوي على أوضاع تكميلية ، مثل الثانية والرابعة (على سبيل المثال) ، فيمكن تعديل تدفق التدفق المصغر بشكل كبير بسبب التفاعلات المتعددة بين الأوضاع التي من شأنها أن تولد أنماطا محددة. يتضح هذا في الشكل 13 لفقاعتين تتأرجحان في الغالب على الوضع 3 ، مما يؤدي إلى نمطين مختلفين للبث المصغر. في الشكل 13 أ ، ب ، ج ، فقاعة نصف قطر التوازن R0 = 70.1 ميكرومتر ، مدفوعة بالضغط الصوتي Pa = 12.4 كيلو باسكال ، تتأرجح على الوضع 3 ، تقدم نمطا من نوع الفص. يكشف تحليل ديناميكيات الواجهة (الشكل 13 ب) أن الأوضاع السائدة هي النمط الشعاعي (يتأرجح عند تردد القيادة f 0) ، والوضع الانتقالي (الوضع ذو الرقم 1 ، يتأرجح عند نصف تردد القيادة f 0) ، والثالث (يتأرجح عند f 0/2) والوضعان الرابع والسادس الصغيران نسبيا (كلاهما يتأرجح عند f 0). يمكن افتراض أن المساهمة الرئيسية في تدفق microstreaming هي التفاعل بين الوضع الشعاعي والوضع 4 و 6 ، مما يؤدي إلى نمط من نوعالفص 31. في الشكل 13d ، e ، f ، تقدم فقاعة نصف قطر التوازن R0 = 68.6 μm ، مدفوعة بالضغط الصوتي Pa = 13.3 kPa ، تتأرجح في الوضع 3 ، نمطا من النوع المتقاطع ، مع امتداد تدفق لمسافات كبيرة. يكشف تحليل ديناميكيات الواجهة (الشكل 13 د) أن الأوضاع السائدة هي النمط الشعاعي ، والوضع الانتقالي (الوضع بالرقم 1) ، والثالث والسادس. وفقا للسعة العالية للوضع 3 ، يمكن افتراض أن المساهمة الرئيسية في تدفق microstreaming هي التفاعل الذاتي للوضع 3 ، مما يؤدي إلى نمط من النوعالمتقاطع 32.

Figure 1
الشكل 1. رسم توضيحي لطريقة تشغيل تذبذبات الشكل. تحتوي خريطة الضغط / نصف القطر على منطقة عدم استقرار واحدة لكل وضع من درجة معينة. يمكن تجاوز عتبة الضغط للوصول إلى هذه المنطقة عن طريق (1) زيادة الضغط الصوتي المطبق الذي يدفع فقاعة غاز ذات نصف قطر ثابت ، حتى تظهر أوضاع الشكل ، أو (2) زيادة حجم الفقاعة عند ضغط صوتي مطبق ثابت. تحدث هذه الزيادة في حجم الفقاعة ببطء عند حدوث الانتشار المصحح ، بينما يؤدي اندماج الفقاعات إلى تثبيت العملية بشكل كبير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2. رسم توضيحي لتقنية اندماج الفقاعة. تتكون مرحلة الاقتراب (A) من نواة ليزر فقاعتين تلتقيان ببعضهما البعض في نفس موقع المحاصرة داخل الحاوية. عندما يجتمعون ، يحدث الاندماج: يؤدي تمزق الفيلم السائل الرقيق بين الفقاعات (B) إلى توليد فقاعة واحدة مشوهة في البداية. هذه الفقاعة المشوهة مدفوعة بمجال الموجات فوق الصوتية أحادية اللون وتظهر في البداية تذبذبات عابرة (C) ، قبل الدخول في نظام الحالة المستقرة. في نظام الحالة المستقرة (D) ، تظهر الفقاعة المدمجة تذبذبات شكل مستقرة زمنيا يتم التحكم فيها بالتماثل. عن طريق بذر الوسط بالجسيمات النانوية الفلورية ، يتم التقاط تدفق السائل الناجم عن الفقاعات (E). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3. وظيفة استجابة التردد لمجال الضغط داخل نظام الرفع. يتم عرض سعة الضغط الصوتي كدالة للتردد ، لثلاثة مواقع داخل الخزان تتوافق مع الإحداثيات التالية (x ، y ، z): (1) أزرق ، (2.05،2.05،6) سم ، (2) أحمر ، (0،0،1.28) سم و (3) أسود ، (3.23،3.48،1.36) سم ، حيث يتم أخذ أصل نظام الإحداثيات في وسط الوجه السفلي للخزان المكعب. بالقرب من 31.5 كيلو هرتز ، يكون وضع الرنين مرئيا بوضوح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4. توزيع الضغط الصوتي داخل غرفة الرفع. (أ) تمثيل ثلاثي الأبعاد لمجال الضغط داخل خزان الماء المكعب لوضع الرنين المحدد. يحدث هذا الوضع عند التردد 31.2 كيلو هرتز المقابل لتردد مصدر الموجات فوق الصوتية. ب: توزيع الضغط الصوتي في المستوى القطري للخزان. (ج) توزيع الضغط الصوتي في مستوى أفقي (الارتفاع z = ثابت). تم اختيار الارتفاع بحيث يتوافق مع موقع مضاد الضغط في الجزء العلوي من الخزان. يتم الحصول على سعة شريط الألوان عن طريق فرض إزاحة طبيعية تبلغ 1 ميكرومتر على سطح محول الطاقة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5. صور ومخططات الإعداد التجريبي. وهي تتألف من (A) نظام الرفع الصوتي ، (B-C) مضخم الليزر النبضي ورأس الليزر ، (D-E) مجموعة عدسة التركيز ، (F) الكاميرا عالية السرعة ، (G) الصمام الثنائي الباعث للضوء ، (H) ليزر الموجة المستمرة و (I) مجموعة عدسة التشكيل. (أ) جانب و (ب) منظر علوي للإعداد التجريبي. (ج) توضيح المواد اللازمة لالتقاط تذبذبات الفقاعات. لاحظ أن الليزر المستمر (H) مطفأ أثناء هذه العملية. (د) توضيح المواد اللازمة لالتقاط التدفقات السائلة. لاحظ أن الليزر النبضي (C) لنواة الفقاعات مطفأ ، بينما الليزر المستمر (H) لتوليد ورقة ليزر تضيء متتبعات الجسيمات الدقيقة قيد التشغيل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6. سلسلة لقطات من فقاعة مدفوعة بالموجات فوق الصوتية تظهر تذبذبات كروية كبيرة السعة. نصف قطر توازن الفقاعة هو ~ 60 ميكرومتر ، والضغط الصوتي الدافع هو ~ 15 كيلو باسكال. الفاصل الزمني بين صورتين متتاليتين هو 5.6 μs. السلسلة بأكملها تتوافق مع فترتين صوتيتين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7. لوحة واجهة البرنامج النصي القابل للتنفيذ PVR_Interface.exe. يطلق البرنامج النصي واجهة مستخدم رسومية تحتوي على (أ) لوحة لضبط المعلمات الفيزيائية ، (ب) جدول لضبط الجهد الكهربائي المطبق على محولات الطاقة ، (ج) إمكانية تحميل مجموعة كاملة من مقاطع الفيديو المسجلة التي تتم معالجتها لاحقا وتوفر نصف قطر فقاعة التوازن (D) والضغط الصوتي المطبق (B) ، مخطط علاقة الضغط / الجهد (E). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 8
الشكل 8. مخطط الضغط / نصف القطر لمناطق عدم الاستقرار. تتوافق كل منطقة ملونة مع منطقة عدم استقرار لوضع شكل معين: (المنطقة الزرقاء) الوضع 2 ، (المنطقة الخضراء) الوضع 3 و (المنطقة الحمراء) الوضع 4. تتوافق المنطقة البيضاء مع الحالة التي تظهر فيها الفقاعات الدقيقة تذبذبات كروية فقط. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 9
الشكل 9. سلسلة لقطات من اندماج الفقاعة مما يؤدي إلى تذبذبات الشكل. بعد مرحلة الاقتراب من فقاعتين ، يتمزق الفيلم الرقيق بينهما ويحدث الاندماج. يتم الآن تشغيل فقاعة واحدة بواسطة مجال الموجات فوق الصوتية ، أولا في نظام تذبذب عابر. بعد بعض الفترات الصوتية ، يتم إنشاء نظام الحالة المستقرة على وضع الشكل المحوري المتماثل ، هنا الوضع 4. الفاصل الزمني بين صورتين متتاليتين هو 30 μs. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 10
الشكل 10. أول خمسة أوضاع شكل متماثل محوري ، بما في ذلك الوضع الشعاعي. منظر جانبي لمحيط واجهة الفقاعة يظهر عند طرفين من سعة التذبذب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 11
الشكل 11. جزيئات التتبع الفلورية حول الفقاعات الدقيقة المتذبذبة كرويا. تتوافق كلتا الصورتين مع تراكب 100 لقطة تغطي 0.25 ثانية. (أ) لا يمكن ملاحظة أي حركة لجسيمات المقتفي إذا لم تكن تذبذبات الشكل موجودة. (ب) يمكن أن يظهر تدفق متوسط طفيلي مرئي في مجال الرؤية بأكمله على سبيل المثال بسبب تسخين لوح الليز. ومع ذلك ، لا يرتبط هذا التدفق بحركة الفقاعة. في كلتا الصورتين ، يكون الظل الناجم عن ورقة الليزر خلف الفقاعة مرئيا بوضوح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 12
الشكل 12. تسجيل شبه متزامن لديناميكيات الفقاعة والبث الدقيق المستحث. العمود الأيسر: سلسلة لقطات من فقاعة واحدة تظهر تذبذبات وضع الشكل من الترتيب 3 (أ) والتدفق المصغر المستحث (ب). العمود الأيمن: سلسلة لقطات من فقاعة واحدة تظهر تذبذبات وضع الشكل من الترتيب 4 (ج) والتدفق الدقيق المستحث (د). بالنسبة لجميع الأشكال ، يتوافق الخط الأحمر المتقطع مع محور التماثل لكل من تذبذبات شكل الفقاعة وتدفقات السائل ، والتي تحددها الحركة المستقيمة للفقاعتين المقتربتين قبل الاندماج. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 13
الشكل 13. مثال على نمطين متدفقين ناتج عن فقاعة تتأرجح في الغالب في الوضع 3. (أ، د) رسم توضيحي و snaphot لواجهة الفقاعة ، (ب ، ه) تحلل الوضع لواجهة الفقاعة و (ج ، و) نمط البث المرتبط. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ملف تكميلي. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يتكون الإجراء المقدم من استخدام اندماج الفقاعات من أجل تحفيز تذبذبات شكل الفقاعة المستقرة التي يتم التحكم فيها بالتماثل ، مما يسمح بدراسة تدفق السوائل على المدى الطويل الناجم عن هذه التذبذبات. التحدي الرئيسي في هذه التقنية هو التحكم في التذبذبات غير الكروية للفقاعة المحاصرة ، بعيدا عن أي حدود.

ركزت معظم التقنيات الحالية المقترحة في الأدبيات على الفقاعات المرفقة بالركيزة 7,16 ، حيث أن غياب حركة مركز الفقاعة يجعل التقاط واجهته على مقياس زمني صوتي (حتى مئات كيلوهرتز) أسهل. في حين أن تجاوز عتبة الضغط اللازمة لتشغيل أوضاع الشكل يعد مهمة سهلة في هذه الحالة ، فإن التحكم في تذبذبات الشكل معقد بسبب كسر التماثل الناجم عن الركيزة. تلامس الفقاعة المتصلة بالجدار الركيزة بزاوية تلامس معينة ، مما يؤدي إلى تشغيل أوضاع السطح غير المتماثلة21. بالإضافة إلى تعقيد تفسير الأوضاع ثلاثية الأبعاد غير المتماثلة مع عرض كاميرا واحد فقط ، ينشأ الانتقال المفاجئ إلى نظام تذبذب السطح الفوضوي33. لذلك ، يتمثل التحدي الرئيسي في التقاط تذبذبات الشكل لفقاعة واحدة محاصرة بعيدا عن أي حدود من أجل الحصول على تذبذبات غير كروية محورية متماثلة. مثل هذه الظروف تمكن من المقارنة بين التجارب ومجموعة كبيرة ومتنوعة من الدراسات التحليلية المتاحة في الأدب. تكمن الصعوبة التجريبية الرئيسية في الاستقرار الموضعي للفقاعة الدقيقة. للتغلب على هذه المشكلة ، تم استخدام ملاقط بصرية للتحكم في محاصرة الفقاعات34 ، وتستخدم حقول الموجات فوق الصوتية المعدلة السعة لاحتجاز ودفع تذبذبات الفقاعات29. في كلتا الحالتين ، يتم احتجاز فقاعة واحدة ويتم تشغيل أوضاع غير كروية. أيضا ، في حالة مجال القيادة المعدل السعة ، لا توجد أوضاع الشكل إلا لفترة زمنية صغيرة حيث تبدأ وتختفي بشكل دوري. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم التحكم في اتجاه تذبذبات شكل الفقاعة ويؤدي إلى تحيز في تحليل حركة الواجهة.

البديل الذي نقترحه هو استخدام الليزر النبضي لنواة فقاعة واحدة ، محاصرة لاحقا في عقدة مضادة للضغط في غرفة رفع الرنين. من خلال نواة الفقاعات المتتالية بمرور الوقت ، تتحرك كل فقاعة نواة نحو موقع محاصرتها الذي تشغله بالفعل فقاعة أخرى. يحدث الالتحام ويؤدي إلى واجهة فقاعة مشوهة في البداية. إذا كان ضغط القيادة قويا بدرجة كافية ، فإن تذبذبات الشكل تكون مستدامة. تم تفضيل التنوي بالليزر على تقنيات التنوي الأخرى ، مثل التحليل الكهربائي على سبيل المثال ، لأنه يسمح بتوليد فقاعات سريع وموثوق. كما هو موضح في الشكل 9 ، يتم إعطاء محور تناظر تذبذبات الشكل بواسطة محور نهج الفقاعة قبل الاندماج. ومع ذلك ، تتطلب هذه النتيجة الرئيسية وقتا طويلا نسبيا لإعداد الإعداد التجريبي حيث يلزم بقاء الفقاعات داخل المستوى البؤري للكاميرا أثناء مرحلة الاقتراب من الالتحام (من أجل توجيه محور التماثل في هذا المستوى). للقيام بذلك ، يتم إجراء تغييرات طفيفة في موقع نواة الفقاعة من أجل تحسين المسار الذي تتحرك فيه الفقاعات وتواجه بعضها البعض. يتطلب التغيير إلى موقع نواة الفقاعات تعديلا دقيقا لموقع الخزان نسبيا إلى مسار الليزر ، ويتم إجراؤه بمرحلة ثلاثية الاتجاهات بدقة ميكرومترية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إجراء الضبط الدقيق لطاقة الليزر من أجل تحسين حجم الفقاعة النواة. ستولد الفقاعات الكبيرة جدا على الفور أوضاع شكل برقم وضع مرتفع وتقترب من رنين الفقاعة الحجمي. هذا يؤدي إلى عدم استقرار موضعي مرتفع لمركز الفقاعة. ستتطلب الفقاعات الصغيرة جدا عددا كبيرا من عمليات الالتحام قبل الوصول إلى الحجم المناسب لتشغيل أوضاع الشكل.

الميزة الرئيسية للتقنية المقترحة هي إنشاء نظام الحالة المستقرة لتذبذبات الشكل التي يتم التحكم فيها بالتماثل. نظرا لأن حركة الواجهة تستمر لفترة طويلة نسبيا (من ثوان إلى دقائق) ، فإن التقاط تدفق السوائل الناجم عن الفقاعات ممكن عن طريق تبديل الإعداد التجريبي إلى تتبع الجسيمات النانوية الفلورية المصنفة في الوسط السائل. تجدر الإشارة إلى أنه لا توجد دراسات تجريبية للتدفق المصغر الناجم عن فقاعة في سائل لا نهائي موجودة حتى الآن في الأدبيات. أيضا ، حتى عندما يتم التحقيق في التدفق الدقيق للتجويف للفقاعة المرتبطة بالركيزة ، يقتصر التحليل على الملاحظات النوعية دون النظر في الارتباط بديناميكيات الفقاعة16. يتم إجراء قياس حركة الجسيمات في ورقة ليزر رقيقة يوفرها ليزر موجة مستمرة. نظرا لأنه من الضروري إجراء (i) نواة الليزر بواسطة الليزر النبضي في وقت واحد ، (ii) تتبع الجسيمات باستخدام ورقة ليزر و (iii) التسجيل بواسطة الكاميرا عالية السرعة ، يجب إيلاء اهتمام خاص للانسداد المحتمل للمواد المحيطة بخزان المياه. يؤدي هذا إلى إعداد مضغوط مع العديد من القيود على التخلص من الأجهزة ، كما هو موضح في الشكل 5. عند التقاط نمط تدفق مصغر ناتج عن فقاعة متذبذبة الشكل ، من الضروري تتبع ديناميكيات واجهة الفقاعة بدلا من ذلك ، كما هو مذكور في الخطوة 4.2. في الواقع ، يسمح التبديل بين التسلسلات البديلة لديناميكيات الفقاعات وتصور تدفق السوائل بربط نمط التدفق المصغر بأمان بتذبذب شكل معين. هذا الإجراء البديل إلزامي حيث (i) قد تنطفئ تذبذبات الشكل ، (ii) قد يزداد استقرار الفقاعة فجأة مما يؤدي إلى عدم الاستقرار الموضعي للفقاعة ، (iii) قد تتفتت الفقاعة عند حدوث تشوهات كبيرة. حتى لو كانت هذه الأحداث نادرة ، فمن المهم التحقق من أن ديناميكيات الفقاعة تظل كما هي من خلال تسجيلها قبل وبعد تصوير نمط البث المصغر. (بهذه الطريقة يمكن التأكد من أن حركة الفقاعة والنمط مرتبطان حقا).

هل ثبت أن الفقاعة التي تتأرجح في الغالب على رقم وضع معين تؤدي إلى نمط بث دقيق معين ، كما هو موضح في الشكل 12. النمط فريد ويعتمد على المحتوى المشروط لحركة الواجهة. كما هو موضح في الشكل 13 ، قد يؤدي نفس رقم النمط السائد إلى حدوث دوامات كبيرة أو صغيرة المسافات اعتمادا على عدد وسعة وطور الأنماط الثانوية المثارة.

قد يكون لهذه الملاحظات استخدام عملي في التطبيقات الطبية مثل توصيل الأدوية بوساطة الموجات فوق الصوتية المستهدفة والموضعية ، على سبيل المثال. من المعروف أن الفقاعات تعمل كناقلات لاختراق التقاطعات الضيقة بين الخلايا ، وحتى غشاء الخلية نفسه ، مما يؤدي إلى سونوبوريشن1. في حالة الفقاعات الدقيقة المتذبذبة بشكل ثابت ، قد تحدث هذه الظاهرة بسبب إجهاد القص أو تدرجات إجهاد القص35 الناتجة عن تذبذبات الفقاعات ، من خلال توليد تدفقات التدفق الدقيق. نتذكر أن البث المصغر ظاهرة غير خطية من الدرجة الثانية. في البداية ، ليس من السهل توسيع نطاق أنماط التدفق المرصودة إلى تلك التي تم الحصول عليها للفقاعات الدقيقة العلاجية والمقشرة ذات الأحجام الأصغر (~ 3 ميكرومتر نصف قطرها). لقد أثبتنا بالفعل في المقدمة كيف يمكن قياس الديناميكيات غير الكروية للفقاعات الحرة أو المغلفة بترتيب واحد من فرق حجم الحجم: يرتبط التردد الذاتي ω n لنمط معين n بحجم الفقاعة ك Equation 125. في Dollet et al.27 ، تم التقاط أوضاع الشكل من الترتيب 4 للفقاعات الميكرومترية المطلية المثارة عند 1.7 ميجاهرتز ، على غرار رقم وضع الشكل المرصود في تجربتنا. أيضا ، يختلف الضغط المطبق بشدة ، حيث يلزم ضغط يصل إلى 200 كيلو باسكال لتشغيل أوضاع الشكل على الفقاعات الدقيقة لعامل التباين بالموجات فوق الصوتية27. في الإعداد المقترح ، لا يتجاوز الحد الأقصى للضغط المطبق 25 كيلو باسكال. ينتج الاختلاف القوي في الضغط المطبق عن تحفيز عدم استقرار السطح ، حيث تظهر أوضاع الشكل فوق عتبة ضغط معينة. بالنسبة للظروف التجريبية عند 1.7 MHz الواردة في Dollet et al. 27 ، فقد تبين أن عتبة الضغط التي تؤدي إلى عدم استقرار الشكل تبلغ حوالي 150 كيلو باسكال للنمط 436. للحصول على تردد قيادة 30 كيلو هرتز ، لا يلزم سوى سعة مجال قيادة 10 كيلو باسكال لإثارة عدم استقرار الشكل على فقاعة ~ 50 ميكرومتر. بمجرد تشغيله ، يتطور عدم استقرار الشكل بعد بضع دورات صوتية ، ويوضح تشبع الهضبة لسعة الوضع. لوحظ تشبع السعة لكل من الفقاعات الحرة 24,29 والفقاعات المغلفة27. يشير إلى إمكانية الوصول إلى تذبذبات الشكل المستقر للفقاعات الحرة أو المطلية ، مع تذبذبات الشكل كبيرة تصل إلى 25 إلى 50٪ من سعة الوضع الشعاعي27,37. باستخدام نهجنا التجريبي ، نصل إلى تشوهات الشكل الشديدة في التكوين ، (حيث n هي سعة وضع الشكل) ،Equation 2 كما هو موضح في الشكل 13.

للتلخيص ، يسمح الإعداد التجريبي المقترح بقياس السمات الرئيسية للتذبذبات غير الكروية للفقاعات الدقيقة ، حتى بالنسبة للأحجام المتفاوتة بترتيب واحد تقريبا من حيث الحجم. فيما يتعلق بتدفق التدفق الدقيق ، قد يكون قياس سرعة التدفق بحثا عن فقاعات تظهر تذبذبات جانبية وشعاعية7 ، أو وضع غير كروي يتفاعل ذاتيا32. في كلتا الحالتين ، مقياس سرعات التدفق ك v ~ ωR0 a ia j ، حيث i ، j يشير إلى سعات الوضع المدروسة التي تم تسويتها بواسطة نصف قطر الفقاعة. بالنسبة للقيم المماثلة لمعلمة التمدد غير الكروي ai ، يتم الحصول على سرعات تدفق متطابقة عندما ωR0 ~ ثابت. بمقارنة ظروفنا التجريبية بالظروف المستخدمة في الفقاعات الدقيقة العلاجية27 ، تختلف التنبؤات النظرية لسرعات التدفق فقط عن العامل 2.5. أدت قياسات سرعات التدفق عن طريق قياس سرعة تتبع الجسيمات إلى تقديرات حجم السرعة البالغ 1 مم / ثانية في الإعداد المقدم هنا. هذه القيمة مشابهة لتلك التي تم الحصول عليها عند التحقيق في البث الدقيق الناجم عن عوامل تباين الموجات فوق الصوتية19. فيما يتعلق بالتنظيم المكاني لنمط التدفق ، فإن التوزيع الزاوي لدوامات التدفق حول واجهة الفقاعة مستقل عن نصف قطر الفقاعة31. يتأثر التمدد الشعاعي لمجال البث فقط بتعديل حجم الفقاعة. يتدرج هذا التمدد الشعاعي ك Equation 3، حيث هو معامل مرتبط برقم الوضع الذي تم فحصه. من الواضح أن الشكل العام لنمط التدفق محفوظ ، حيث يتم التحكم في التمدد الشعاعي بواسطة نصف قطر الفقاعة R0. ومع ذلك ، كما هو موضح في الشكل 13 ، يمكن أن يختلف نمط البث بشكل كبير حتى عند التفكير في نفس رقم وضع الشكل. يسلط الشكل 13 الضوء على التأثير الهائل لديناميكيات واجهة الفقاعة على نمط التدفق ، وخاصة على معدل التغيير المكاني في مجال السرعة. تمت الإشارة إلى التوزيع المكاني لإجهاد القص ، أو تدرج إجهاد القص ، كمؤشر مناسب لكفاءة السونات35. في إعدادنا التجريبي المقترح ، يمكن تقييم إجهاد القص فقط في السائل السائب في هذه المرحلة. سيتطلب التمديد الإضافي لإجهاد قص الجدار إضافة سطح قريب قريب من الفقاعة. من المتوقع أن يزعج السطح الموجود في محيط الفقاعة الاستقرار الموضعي للفقاعة عن طريق تعديل مجال الموجة الدائمة محليا. لا يزال ضمان استقرار الفقاعة على مسافة قريبة من الجدار يمثل تحديا يمكن حله جزئيا عن طريق إضافة مجال ثانوي للموجات فوق الصوتية مخصص لمحاصرة الفقاعات بطول موجي مماثل لمسافة جدار الفقاعة. تم تصميم غرفة الرفع الصوتية ثنائية التردد هذه بالفعل للتحقيق في ديناميكيات زوج الفقاعات وقوى التفاعل38. لسوء الحظ ، فإن الاختلاف الكبير في الحجم بين الفقاعات التي تم التحقيق فيها هنا والخلايا البيولوجية (نصف القطر النموذجي ~ 10μm) يجعل الاستخدام المباشر لهذا الإعداد التجريبي مستحيلا للتحقيقات البيولوجية. ومع ذلك ، نتوقع أن تساعد نتائجنا التجريبية جنبا إلى جنب مع أحدث التطورات النظرية حول التدفق الدقيق الناجم عن الفقاعات في تحسين هذه النمذجة ، فضلا عن توفير الثقة في التنبؤ النظري لإجهاد القص الناجم عن الفقاعات أو تدرجات إجهاد القص بالقرب من غشاء الخلية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

تم دعم هذا العمل من قبل LabEx CeLyA من جامعة ليون (ANR-10-LABX-0060 / ANR-11-IDEX-0007).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aspherical lens Thorlabs AL4050 Lens of focus 40 mm
Continuous wave laser source CNI MLL6FN DPSS laser of wavelength 532nm, energy 400 mW
Cylindrical plano-concave lens Thorlabs LJ1277L1-A lens of focus -25?4mm
Cylindrical plano-concave lens Thorlabs LK1900L1 lens of focus 250 mm
Fluorescent particles Duke Scientific R700 Red polymer fluorescent microspheres
Function generator Agilent HP33120 Generator of function feeding the ultrasound transducer
High-speed camera Vision Research Phantom v12.0 High-speed recording up to 1 Mfps
Liquid medium Carlo Erba Water for analysis Demineralized, undegassed water
Multiphysics software Comsol None Softwate for simulating the acoustic field of the levitation chamber
Nd:Yag pulsed laser New Wave Research Solo III-15 5 ns pulse duration, λ=532 nm, 3.5 mm beam diameter, up to 50 mJ
Plano-concave lens Thorlabs N-BK7 lens of focus 125 mm
Spherical concave lens Thorlabs N-SF11 Bi-concave lens of focus -25mm
Ultrasound transducer SinapTec Custom-made Nominal frequency 31kHz, active area 35mm diameter
Visualization software NIH ImageJ Software for image processing and analysis in Java
XY Linear stage Newport M-406 Displacement stage with micrometric screw
Z-axis linear stage Edmund Optics 62-299 Vertical displacement stage with micrometric screw

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Roovers, S., et al. The role of ultrasound-driven microbubble dynamics in drug delivery: from microbubble fundamentals to clinical translation. Langmuir. 35 (31), 10173-10191 (2019).
  2. Liu, H. L., Fan, C. H., Ting, C. Y., Yeh, C. K. Combining microbubbles and ultrasound for drug delivery to brain tumors: current progress and overview. Theranostics. 4 (4), 432-444 (2014).
  3. Lammertink, B. H. A., et al. Sonochemotherapy: from bench to bedside. Frontiers in Pharmacology. 6, 138 (2015).
  4. Lajoinie, G., et al. In vitro methods to study bubble-cell interactions: fundamentals and therapeutic applications. Biomicrofluidics. 10, 011501 (2016).
  5. Van Wamel, A., Bouakaz, A., Versluis, M., de Jong, N. Micromanipulation of endothelial cells: ultrasound-microbubble-cell interaction. Ultrasound in Medicine and Biology. 30, 1255-1258 (2004).
  6. Tran, T. A., Roger, S., Le Guennec, J. Y., Tranquart, F., Bouakaz, A. Effect of ultrasound-activated microbubbles on the cell electrophysiological properties. Ultrasound in Medicine and Biology. 33, 158-163 (2007).
  7. Marmottant, P., Hilgenfeldt, S. Controlled vesicle deformation and lysis by single oscillating bubbles. Nature. 423 (6936), 153-156 (2003).
  8. Prentice, P. A., Cuschieri, K., Dholakia, K., Prausnitz, M., Campbell, P. Membrane disruption by optically controlled microbubble cavitation. Nature Physics. 1, 107-110 (2005).
  9. Kudo, N., Okada, K., Yamamoto, K. Sonoporation by single-shot pulsed ultrasound with microbubbles adjacent to cells. Biophysical Journal. 96, 4866-4876 (2009).
  10. Novell, A., et al. A new safety index based on intrapulse monitoring of ultra-harmonic cavitation during ultrasound-induced blood-brain barrier opening procedures. Scientific Reports. 10, 10088 (2020).
  11. Cornu, C., et al. Ultrafast monitoring and control of subharmonic emissions of an unseeded bubble cloud during pulsed sonication. Ultrasonics Sonochemistry. 42, 697-703 (2018).
  12. Reslan, L., Mestas, J. L., Herveau, S., Béra, J. C., Dumontet, C. Transfection of cells in suspension by ultrasound cavitation. Journal of Controlled Release. 142 (2), 251-258 (2010).
  13. Reuter, F., Gonzalez-Avila, S. R., Mettin, R., Ohl, C. D. Flow fields and vortex dynamics of bubbles collapsing near a solid boundary. Physical Review Fluids. 2, 064202 (2017).
  14. Chew, L. W., Klaseboer, E., Ohl, S. W., Khoo, B. C. Interaction of two differently sized oscillating bubbles in a free field. Physical Review E. 84, 066307 (2011).
  15. Doinikov, A. A., Bouakaz, A. Acoustic microstreaming around a gas bubble. The Journal of the Acoustical Society of America. 127 (2), 703-709 (2010).
  16. Tho, P., Manasseh, R., Ooi, A. Cavitation microstreaming patterns in single and multiple bubble systems. Journal of Fluid Mechanics. 576, 191-233 (2007).
  17. Van Wamel, A., et al. Vibrating microbubbles poking individual cells: Drug transfer into cells via sonoporation. Journal of Controlled Release. 112, 149-155 (2006).
  18. Helfield, B., Chen, X., Watkins, S. C., Villanueva, F. S. Biophysical insight into mechanisms of sonoporation. PNAS. 113 (36), 9983-9988 (2016).
  19. Pereno, V., et al. Layered acoustofluidic resonators for the simultaneous optical and acoustic characterization of cavitation dynamics, microstreaming, and biological effects. Biomicrofluidics. 12, 034109 (2018).
  20. Shklyaev, S., Straube, A. V. Linear oscillations of a compressible hemispherical bubble on a solid substrate. Physics of Fluids. 20, 052102 (2008).
  21. Fauconnier, M., Bera, J. C., Inserra, C. Nonspherical modes non-degeneracy of a tethered bubble. Physical Review E. 102, 033108 (2020).
  22. Xi, X., Cegla, F., Mettin, R., Holsteyns, F., Lippert, A. Study of non-spherical bubble oscillations near a surface in a weak acoustic standing wave field. The Journal of the Acoustical Society of America. 135, 1731 (2014).
  23. Doinikov, A. A., Bouakaz, A. Effect of a distant rigid wall on microstreaming generated by an acoustically driven gas bubble. Journal of Fluid Mechanics. 742, 425-445 (2014).
  24. Cleve, S., Guédra, M., Inserra, C., Mauger, C., Blanc-Benon, P. Surface modes with controlled axisymmetry triggered by bubble coalescence in a high-amplitude acoustic field. Physical Review E. 98, 033115 (2018).
  25. Lamb, H. Hydrodynamics. 6th ed. , University Press. Cambridge. (1932).
  26. Liu, Y., Wang, Q. Stability and natural frequency of nonspherical mode of an encapsulated microbubble in a viscous liquid. Physics of Fluids. 28, 062102 (2016).
  27. Dollet, B., et al. Nonspherical oscillations of ultrasound contrast agent microbubbles. Ultrasound in Medicine and Biology. 34 (9), 1465-1473 (2008).
  28. Versluis, M., et al. Microbubble shape oscillations excited through ultrasonic parametric driving. Physical Review E. 82, 026321 (2010).
  29. Guédra, M., Cleve, S., Mauger, C., Blanc-Benon, P., Inserra, C. Dynamics of nonspherical microbubble oscillations above instability threshold. Physical Review E. 96, 063104 (2017).
  30. Cleve, S., Guédra, M., Mauger, C., Inserra, C., Blanc-Benon, P. Microstreaming induced by acoustically trapped, non-spherically oscillating microbubbles. Journal of Fluid Mechanics. 875, 597-621 (2019).
  31. Doinikov, A. A., Cleve, S., Regnault, G., Mauger, C., Inserra, C. Acoustic microstreaming produced by nonspherical oscillations of a gas bubble. I. Case of modes 0 and m. Physical Review E. 100, 033104 (2019).
  32. Inserra, C., Regnault, G., Cleve, S., Mauger, C., Doinikov, A. A. Acoustic microstreaming produced by nonspherical oscillations of a gas bubble. III. Case of self-interacting modes n-n. Physical Review E. 101, 013111 (2020).
  33. Prabowo, F., Ohl, C. D. Surface oscillations and jetting from surface attached acoustic driven bubbles. Ultrasonics Sonochemistry. 18 (1), 431-435 (2011).
  34. Garbin, V., et al. Changes in microbubble dynamics near a boundary revealed by combined; optical micromanipulation and high-speed imaging. Applied Physics Letters. 90, 114103 (2007).
  35. Collis, J., et al. Cavitation microstreaming and stress fields created by microbubbles. Ultrasonics. 50, 273-279 (2010).
  36. Loughran, J., Eckersley, R. J., Tang, M. X. Modeling non-spherical oscillations and stability of acoustically driven shelled microbubbles. The Journal of the Acoustical Society of America. 131 (6), 4349-4357 (2012).
  37. Vos, H. J., Dollet, B., Bosch, J. G., Versluis, M., de Jong, N. Nonspherical vibrations of microbubbles in contact with a wall - a pilot study at low mechanical index. Ultrasound in Medicine and Biology. 34 (4), 685-688 (2008).
  38. Regnault, G., Mauger, C., Blanc-Benon, P., Inserra, C. Secondary radiation force between two closely spaced acoustic bubbles. Physical Review E. 102, 031101 (2020).

Tags

هذا الشهر في JoVE ، العدد 171 ، التجويف ، الفقاعات الدقيقة ، تذبذبات الشكل ، البث الدقيق ، التصوير عالي السرعة ، اندماج الفقاعات
تحريض التدفق الدقيق بواسطة تذبذبات الفقاعات غير الكروية في نظام الرفع الصوتي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Inserra, C., Regnault, G., Cleve,… More

Inserra, C., Regnault, G., Cleve, S., Mauger, C., Blanc-Benon, P. Induction of Microstreaming by Nonspherical Bubble Oscillations in an Acoustic Levitation System. J. Vis. Exp. (171), e62044, doi:10.3791/62044 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter