聚焦超聲操控管中微小粒子定向移動的關鍵問題研究

《聚焦超聲操控管中微小粒子定向移動的關鍵問題研究》是依託陝西師範大學，由張小鳳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：聚焦超聲操控管中微小粒子定向移動的關鍵問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張小鳳
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

聲波對置於其中的物體會產生聲輻射力，利用聲輻射力可以移動和捕獲微小粒子，聲波粒子操控技術在生物醫學和材料科學領域具有廣泛的套用價值。本項目擬對聚焦超聲作用下管中微小粒子定向移動的關鍵問題進行研究，發展可用於管中粒子定性移動的聲操控系統。首先, 以聲學波動理論為基礎，建立管中粒子聲學操控系統的數學模型，套用級數展開方法和變換加性定理，求解粒子在聚焦聲場中的三維聲輻射力，分析聲波參數、管道壁以及周圍粒子的分布對聲輻射力的影響，獲得最優的聲操控系統參數。其次，採用有限元方法，模擬管中的聲場分布和粒子在聲波作用下的運動過程，分析聲波的幅度、頻率、粒子的物理和幾何特性以及超音波在管壁附近所產生的聲流場對粒子輸運過程的影響；最後，套用相控陣動態聚焦技術實現管中微小粒子的定向移動，獲得聚焦聲波參數與粒子尺寸、搬運速度的定量關係。該項目的研究將為超聲粒子操控技術在生物醫學和材料科學領域的套用提供依據。

結題摘要

聲波對置於其中的物體會產生聲輻射力，利用聲輻射力可以移動和捕獲微小粒子，聲波粒子操控技術在生物醫學和材料科學領域具有廣泛的套用價值。本項目擬對聚焦超聲作用下管中微小粒子定向移動的關鍵問題進行研究，發展可用於管中粒子定性移動的聲操控系統。首先, 以聲學波動理論為基礎，建立管中粒子聲學操控系統的數學模型，套用級數展開方法和變換加性定理，求解粒子在聚焦聲場中的三維聲輻射力，分析聲波參數、管道壁以及周圍粒子的分布對聲輻射力的影響，獲得最優的聲操控系統參數。其次，採用有限元方法，模擬管中的聲場分布和粒子在聲波作用下的運動過程，分析聲波的幅度、頻率、粒子的物理和幾何特性對粒子輸運過程的影響；最後，套用相控陣聚焦技術實現管中微小粒子的定向移動，獲得聲波參數與粒子尺寸、搬運速度的定量關係。該項目的研究將為超聲粒子操控技術在生物醫學和材料科學領域的套用提供依據。