微滴噴射技術作為少量液體樣本施加技術得到了越來越多的關注,其應用領域已經從傳統的噴墨打印領域擴展到科學技術領域,如微/納米結構的制造,微電子封裝和基因工程、3D打印、組合化學、生物工程、生物醫(yī)藥等。傳統的微滴噴射技術包括熱泡式、壓電式、靜電式、氣動式等。但是,這些傳統技術產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使得液體難以噴出,且噴嘴容易堵塞。近年來,一種新型的微滴噴射技術——電流體動力學(Electrohydrodynamic,EHD)微滴噴射技術引起了研究者們的注意。與傳統技術不同,這種技術主要是通過在噴嘴和收集板之間施加高壓,利用電場力“拉伸”液體斷裂,形成微滴。該技術能夠噴射出遠小于噴嘴直徑的液滴,從而能夠實現高分辨率噴印,并且不易堵塞噴嘴。因此本文將針對于這種技術進行深入研究。我們設計并搭建了一套EHD微滴噴射系統,實現了兩種基于機器視覺的微滴噴射狀態(tài)的檢測方案:一種是基于高速相機實時監(jiān)控微滴噴射狀態(tài),但該方法實驗成本較高;另一種是基于收集板感應電流(感應電荷隨時間變化率)信號觸發(fā)低速相機拍照,這種方法不僅能夠降低實驗成本,還能有效地判斷液滴噴射的穩(wěn)定性�；谏鲜鰞煞N機器視覺檢測方法進行實驗,結果表明,液滴噴射過程存在三種常見狀態(tài):低頻穩(wěn)定狀態(tài)、過渡狀態(tài)、高頻穩(wěn)定狀態(tài)。實驗還發(fā)現,噴嘴處彎液面斷裂臨界時刻對應感應電流的極大值�；谶@一結果,我們提出一種方法可粗略估計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。本文將自主搭建的微滴噴射系統應用到細胞打印和同位素藥物施加中。細胞打印實驗中,細胞成活率高達96%。EHD微滴噴射技術還可精準施加放射性材料,制備用于放療的放射性“籽源”。實驗表明EHD微滴噴射技術是生物醫(yī)療領域極具前景的微量樣本施加技術。
【學位單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：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 微液滴噴射技術簡介
        1.2.1 熱泡式
        1.2.2 壓電式
        1.2.3 靜電式
        1.2.4 氣動式
    1.3 本研究課題的提出
        1.3.1 電流體動力學噴射方式
        1.3.2 電流體動力學噴射方式的研究現狀
        1.3.3 液滴視覺檢測的重要性
    1.4 論文主要內容
第2章 噴射裝置的原理與搭建
    2.1 電流體動力學微滴噴射的原理
        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
        2.2.2 高壓電源
        2.2.3 接收裝置
        2.2.4 視覺檢測系統
        2.2.5 裝置的整體測試
    2.3 本章小結
第3章 液滴噴射的視覺檢測及實驗分析
    3.1 基于高速相機的視覺檢測及分析
        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 基于感應電流的檢測與分析
        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 電流測量及其特征研究
        3.2.4 基于電流測量的應用
    3.3 本章小結
第4章 電流體動力學噴射技術的應用
    4.1 細胞打印
        4.1.1 細胞培養(yǎng)
        4.1.2 細胞活性分析
    4.2 放射性材料的釋放
        4.2.1 實驗準備
        4.2.2 實驗結果與討論
    4.3 本章小結
結論與展望
參考文獻
攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文
致謝

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