聚焦超声操控管中微小粒子定向移动的关键问题研究

基本信息
批准号:11574191
项目类别:面上项目
资助金额:73.00
负责人:张小凤
学科分类:
依托单位:陕西师范大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:曹辉,孙秀娜,汪艳,贠倩,王治超,韩丽娜
关键词:
有限元声辐射力超声操控微小粒子
结项摘要

The micro-particle can be trapped and moved by acoustic radiation force, which is produced by interaction between sound wave and particle. Acoustic manipulation has wide applications in biomedical and material science fields. In this project, the key problems of the motion of micro-particle in tube driven by focused ultrasonic are studied and the acoustic manipulation experimental system is developed. Firstly, the mathematical model of the acoustic particle manipulation in tube is setup based on acoustic wave theory. The three-dimension acoustic radiation force of focused ultrasonic for micro-particle in tube is computed using series expansion method and the transformation addition theorem. The effects of the sound wave parameters, the tube wall and the other particles in tube on acoustic radiation force are studied to obtain the optimum parameters for acoustic manipulation. Secondly, the finite element method is used to simulate the sound field distribution and the motion of micro-particle in fluid-filled tube. The effects of the amplitude and frequency of sound wave, the physics parameters of the particle and the acoustic stream on acoustic manipulation are studied by numerical simulation. Finally, the phased array dynamic focusing method is used to design the acoustic manipulation experiment system, which is used to move the particle in tube. The relationship between the parameters of the focused sound wave and the motion of the particle is obtained experimentally. The research will give a basement for the applications of acoustic manipulation in biomedical and material science fields.

声波对置于其中的物体会产生声辐射力,利用声辐射力可以移动和捕获微小粒子,声波粒子操控技术在生物医学和材料科学领域具有广泛的应用价值。本项目拟对聚焦超声作用下管中微小粒子定向移动的关键问题进行研究,发展可用于管中粒子定性移动的声操控系统。首先, 以声学波动理论为基础,建立管中粒子声学操控系统的数学模型,应用级数展开方法和变换加性定理,求解粒子在聚焦声场中的三维声辐射力,分析声波参数、管道壁以及周围粒子的分布对声辐射力的影响,获得最优的声操控系统参数。其次,采用有限元方法,模拟管中的声场分布和粒子在声波作用下的运动过程,分析声波的幅度、频率、粒子的物理和几何特性以及超声波在管壁附近所产生的声流场对粒子输运过程的影响;最后,应用相控阵动态聚焦技术实现管中微小粒子的定向移动,获得聚焦声波参数与粒子尺寸、搬运速度的定量关系。该项目的研究将为超声粒子操控技术在生物医学和材料科学领域的应用提供依据。

项目摘要

声波对置于其中的物体会产生声辐射力,利用声辐射力可以移动和捕获微小粒子,声波粒子操控技术在生物医学和材料科学领域具有广泛的应用价值。本项目拟对聚焦超声作用下管中微小粒子定向移动的关键问题进行研究,发展可用于管中粒子定性移动的声操控系统。首先, 以声学波动理论为基础,建立管中粒子声学操控系统的数学模型,应用级数展开方法和变换加性定理,求解粒子在聚焦声场中的三维声辐射力,分析声波参数、管道壁以及周围粒子的分布对声辐射力的影响,获得最优的声操控系统参数。其次,采用有限元方法,模拟管中的声场分布和粒子在声波作用下的运动过程,分析声波的幅度、频率、粒子的物理和几何特性对粒子输运过程的影响;最后,应用相控阵聚焦技术实现管中微小粒子的定向移动,获得声波参数与粒子尺寸、搬运速度的定量关系。该项目的研究将为超声粒子操控技术在生物医学和材料科学领域的应用提供依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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