毒品注射针无:高速摄像机捕捉水射流的冲击喷喷,因为它皮尔斯的一个液滴

水射流撞击液滴

关于水射流冲击液滴的新研究类似于哈罗德·埃哲顿(Harold“Doc”Edgerton)高速拍摄的子弹穿过苹果的照片。分析可以帮助调整无针注射系统。资料来源:研究人员和小巨人公司提供

结果可以帮助工程师开发出一种无需针头注射毒品。

通过一滴液体喷出水射流可能听起来像闲置的乐趣,但如果做精确,彻底了解,声势浩大的运动可以帮助科学家通过皮肤识别的方式来注入流体,例如疫苗,而无需使用针头。

这就是麻省理工学院的工程师们进行一项新研究的动机麻省理工学院荷兰特文特大学。这项研究包括通过各种各样的水滴发射小型水射流,数百次,使用高速摄像机捕捉每一次水的撞击。这个团队的视频让人想起著名的频闪灯照片子弹穿苹果,由麻省理工学院的Harold“Doc”Edgerton开创。

Edgerton在爆炸细节中捕获了通过苹果拍摄的子弹的连续图像。麻省理工学院的新视频,通过液滴发射水喷射,揭示出惊人的相似影响动态。随着实验中的液滴是透明的,研究人员还能够跟踪液滴内发生的内容,因为射流通过射流。

根据他们的实验中,研究人员开发出预测流体射流将如何影响一定的粘性和弹性的液滴模型。由于人的皮肤也有粘弹性材料,他们说该模型可以调整来预测流体可透过皮肤,无需使用针的交付。

“我们要探讨如何无针注射可以在一个方式,尽量减少对皮肤的伤害进行,”费尔南德斯大卫里瓦斯,在麻省理工学院附属研究机构和教授Twente大学说。“有了这些实验中,我们得到了这些知识,告知我们如何才能创建正确的速度射流和形状注入皮肤。”

里瓦斯和他的合作者,包括麻省理工学院热力学教授伊恩·亨特,已经在杂志上发表了他们的研究成果柔软物质

穿透孔

目前无针注射系统使用各种手段,通过皮肤的毛孔自然推动高速的药物。例如,麻木纺丝门户仪器,已经从猎人的组弹簧,对使用电磁致动器的速度通过喷嘴喷射药物的薄流足够高的通过皮肤并进入下面的肌肉以穿透设计中心。

亨特在和里瓦斯合作单独的针头注射该系统将较小的体积输送到皮肤的较浅层,类似于纹身的深度。

“这一制度不同的挑战,但也给了机会,个性化医疗”,里瓦斯,谁说,在较小剂量输送到皮肤的表层,当药物如胰岛素和某些疫苗可以有效说。

里瓦斯设计采用了低功率激光来加热填充有流体的微流体芯片。类似于沸腾的水的釜中,激光产生在推动通过芯片和流出液体通过喷嘴,以高速流体的气泡。

里瓦斯以前使用透明的明胶作为替身皮肤,识别速度和流体系统的体积可能有效地交付。但他很快意识到,橡胶材料是很难精确地再现。

“即使在同一个实验室,并按照同样的配方,你可以有变化你的食谱,所以,如果你试图找到临界应力或速度的喷射系统必须能够通过皮肤得到,有时你不得不值中的一个或两个量值分开,”里瓦斯说。

除了子弹

研究小组决定详细研究一种更简单的注入方案:喷射一股水,射入悬浮的水滴中。与明胶相比,水的特性更广为人知,可以更仔细地校准。

在这项新研究中,研究小组建立了一个基于激光的微流体系统,并向垂直注射器上的一个水滴(或“垂饰”)喷射细水柱。他们通过添加某些添加剂来改变每个吊坠的粘度,使其像水一样薄,或像蜂蜜一样厚。然后他们用高速摄像机记录下每个实验。

研究人员能够播放50,000帧的视频,研究人员能够测量液体喷射的速度和尺寸,刺穿刺穿,有时穿过吊坠。实验显示出有趣的现象,例如由于吊坠的粘弹性拖回吊坠时的情况。有时,射流在吊坠吊坠时也产生气泡。

里瓦斯说:“了解这些现象很重要,因为如果我们以这种方式向皮肤注射,我们希望避免,比如说,将气泡带入身体。”

研究人员希望开发一种模型来预测他们在实验室中看到的现象。他们从Edgerton的子弹穿孔苹果中获取了灵感,这些苹果至少出现在球队的喷射滴漏相似。

他们开始用一个简单的方程来描述一颗子弹发射的能量通过一个苹果,方程适应液相场景中,例如通过加入表面张力的影响,也没有影响固体像苹果但是是主要的力量可以阻止流体分裂。他们的工作假设,像子弹一样,发射的喷射会保持圆柱形。他们发现这个简单的模型大致接近他们在实验中观察到的动态。

但是,视频清楚地表明,飞机的外形,因为它穿过的挂件,比简单的圆筒更加复杂。因此,研究人员开发出了第二个模型的基础上,由物理学家瑞利勋爵已知方程,描述一个腔的形状如何变化,因为它移动通过液体。他们修改以应用于液体射流通过一个液滴移动所述方程,并发现该第二模型所产生的它们观察到的更精确表示。

该团队计划进行更多的实验,使用特性更像皮肤的垂饰。这些实验的结果可以帮助微调模型,以缩小在不使用针头的情况下注射毒品甚至纹身的最佳条件范围。

参考文献:《微射流对垂滴的影响》,Miguel a . Quetzeri-Santiago, Ian W. Hunter, Devaraj van der Meer和David Fernandez Rivas, 2021年6月28日,柔软物质
DOI:10.1039 / D1SM00706H

这项研究得到了欧洲研究理事会在欧盟地平线2020研究和创新计划下的部分支持。

4评论在“没有针的注射药物:高速相机捕获水射流的闪烁冲击,因为它刺穿了液滴”

  1. “以每秒50,000帧的速度回放视频……”

    我猜想提交人打算说的是,“捕获每秒50,000帧的视频,然后在每秒30帧时播放它......”

  2. 他们有一种类似的治疗糖尿病的药物,但它被停用了。现在他们又把病毒带回来了,但对新冠病毒来说。为什么糖尿病患者不能呢?

  3. 我在1995年参加了新兵训练营,我的手臂上有压缩空气枪,这并不新鲜

  4. 我记得排队上我们学校的运动场上,以接收来自金属针“枪”,这通过我们的皮肤拍摄的疫苗接种。

    这将是在40年代末到50年代初

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