インクジェット微小液滴を使ったマイクロダイナミックアクティブセンシング

使用喷墨微滴的微动态主动传感

基本信息

批准号：
21656069
负责人：
金子真
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

微小液滴と細胞組織の衝突時に起こる現象の解析のため,本研究では微小液滴を生成するインクジェットと衝突後の液滴と,細胞組織のダイナミクスを観察するための高速カメラからなる新しいダイナミックアクティブセンシングシステムを開発した.液滴が対象物に衝突すると,対象物の変形とともに液滴自体も変形する.質量保存則により液滴の体積は不変なので,対象物の変形は定常状態における液滴の高さや幅などの形状から間接的に推定することができる.衝突過程はおおよそ0.1ミリ秒という極めて短い時間で終わるため,液滴と対象物の変形を観察するために高速カメラを用いた.得られた結果は,次のように整理できる.(1)直径80μm,速度4m/sの液滴との衝突によって細胞組織に生じる塑性変形の深さに起因する液滴高さをもとに"Droplet Hardness"を定義した.(2)インクジェットと高速カメラを組み合わせたダイナミックアクティブセンシングシステムを開発し,高速カメラによる100,000Hzの撮影により,液滴と対象物の衝突ダイナミクスについて観察した.実験結果より,Droplet Hardnessは対象物の硬さと相関があることが分かった.これに基づき,対象物の塑性変形が対象物中のダンパ要素の存在によって説明できることを明らかにした.(3)シミュレーションを通じて,実験と同様に衝突後の液滴にくぼみができること,ならびに硬さに準じて対象物の変形が起こることを確認した.以上の結果により,Droplet Hardnessが組織工学に適応できる可能性を示した.

为了分析微滴与细胞组织碰撞时发生的现象，本研究采用由产生微滴的喷墨装置、碰撞后的液滴和高速相机组成的新型动态主动系统来观察细胞组织的动态我们开发了一种传感系统，当液滴与物体碰撞时，液滴本身会变形，并且物体也会变形，由于质量守恒定律，液滴的体积保持不变，因此物体会变形。是恒定的。可以从状态下液滴的高度、宽度等形状来间接估计。碰撞过程在约0.1毫秒的极短时间内结束，因此采用高速摄像机来观察液滴与物体的变形。所得结果可概括如下： (1) 基于“液滴”，液滴高度是由直径为 80 μm、速度为 4 m/s 的液滴碰撞引起的细胞组织塑性变形的深度引起的。 (2)我们开发了一种结合喷墨和高速相机的动态主动传感系统，并使用高速相机在100,000Hz下观察液滴与物体之间的碰撞动态。结果发现，硬度与物体的硬度相关。基于此，阐明了物体的塑性变形可以通过物体中阻尼元件的存在来解释。(3)通过模拟，同样通过实验，我们证实了液滴在撞击后会形成凹痕，并且物体会根据其硬度而变形。上述结果表明，液滴硬度可能适用于组织工程。