压电效应是某些介质在力的作用下产生形变时,在介质表面出现异种电荷的现象。实验表明,这种束缚电荷的电量与作用力成正比,而电量越多,相对应的两表面电势差(电压)也越大。这种神奇的效应已被应用到与人们生产、生活、***、科技密切相关的许多领域,以实现力──电转换等功能。例如用压电陶瓷将外力转换成电能的特性,可以生产出不用火石的压电打火机、煤气灶打火开关、炮弹触发引信等。此外,压电陶瓷还可以作为敏感材料,应用于扩音器、电唱头等电声器件;用于压电地震仪,可以对人类不能感知的细微振动进行监测,并精确测出震源方位和强度,从而预测地震,减少损失。利用压电效应制作的压电驱动器具有精确控制的功能,是精密机械、微电子和生物工程等领域的重要器件。可以说,压电陶瓷等器件不仅广泛应用于科技领域,还颇具“平民性”,对广大“烟民”来说,天天与压电陶瓷发生着“零接触”,却熟视无睹。目前流行的一次性塑料打火机,有相当一部分是采用压电陶瓷器件来打火的。取出其中的压电打火元件,PMM 6 MB-D-2中等力度输出型号,适用于ICSI、ES细胞注射、活检操作等。武汉Piezo压电气压注射器
时值压电效应发现的一百周年,特参考马逊(W.P.Mason)之作撰写本文,简介压电性之历史及其应用。早期压电效应*止于学术上的趣味性研究,而如今则已成为非常有用的效应,用它制出各式各样的声电换能器,其操作频谱可由100Hz起涵盖至几个GHz,依频率的不同而有不同的用途。声纳、反潜、海底通讯、电话通讯等是低频(声频、AF波段)讯号**典型的应用。在几个MHz范围,其波长在毫米范围,适合用来作非破坏性的检验材料(nondestructivetesting,简称NDT)与医学诊断上,所谓超声波成像术、全像摄影术、计算机辅助声波断层摄影术等就是针对这些用途而研究的。频率在VHF、UHF波段则使用压电性所研制出来的表面声波电子组件。如延迟线、各式滤波器、回旋器(convolver)、相关器(correlator)等讯号处理组件,在通讯上与讯号处理上具有重要的应用。当频率高至低微波波段,其对应波长在微米范围,用来制作声学显微镜,其解像力可和传统的光学显微镜比美,而其机械波而非电磁波的独特性质,则可弥补光学显微镜在应用上的不足。香港透明带打孔压电4GPiezo可以轻易破坏核的细胞质膜收集核,利用平口针就可以一次注射1个或更多的核,用于细胞核显微注射。
***,我们都知道,压晶体管可用来作为声波的产生器与接收器,无论在***上(如声纳)、工业上、工程上都具有***的用途。可是早在居里兄弟发现压电性后的三分之一世纪中,压电效应在应用上几乎没有受到任何重视。就是皮尔本人也只不过用它来测量镭元素所辐射出的电荷罢了。到了***次世界大战,盟军军舰受到德国潜艇的攻击大量受损,于是设法寻找有效侦测潜艇的方法。因为电磁波无法有效穿透海水,而声波则能容易地在海里行进,因此,当时的蓝杰文(P.Langevin)发展出利用石英压晶体管作为声波产生器。可惜等到有了好结果,大战已接近尾声而来不及用上了。石英两面各贴一钢片,使其振荡频率降到50KHz,外加一电脉波讯号,则经换能器转换成声波传至海底;过一段时间后,换能器接收到由海底反射之回波,由来回时间及波在海中行进的速度,可决定换能器到海底的距离。这个原理同样可测潜艇的位置。
ICSI技术作为辅助受精的一种手段,在近10年获得长足发展。ICSI技术在动物受精机理研究、野生动物遗传资源保存、拯救珍稀动物和胚胎工厂化生产等方面有着非常广阔的应用前景。该技术已经成为人类临床医学上***男性不育症的重要手段,并在全世界得到广泛应用。
尽管ICSI已取得很大成就,但是其存在的问题也不容忽视。首先,由于人为地选择,动物自身对精子优胜劣汰的选择遭到破坏。这对动物种群的发展产生的影响还需长期深入的研究。如果能详细了解精子的表型和基因型之间的关系,相信ICSI技术的可靠性会有所明确。其次,作为胚胎生物技术的一部分。ICSI 技术也存在总体效率低的问题,而且胚胎移植后妊娠率低而流产率高亦是目前存在的普遍问题。另外,存在出生动物的死亡和畸形等不良后果。因此要更深入地研究其机理和操作等问题,进一步改善ICSI技术。比如Piezo-ICSI技术就可以有效提高成功率。 PMM通过将精子尾部与头部割离,精子头部吸入平口,在中低档能量下即可穿透透明带,进行单精子显微注射。
Piezo-ICSI程序:
使用直径100-mm的细胞培养皿上盖,准备操作盘;按照Piezo操作系统的要求,将4μL左右的汞从后部装入注射针中,轻轻将汞推至针尖处,在20-25℃室温下,准备进行显微操作。具体操作前,首先取10枚卵母细胞置于15L含3 % suerose的HEPES-CZB操作滴中备用;然后将2.5μL精子溶液与5pLHEPES-CZB+ 12 % PVP-360操作滴充分混合;再将单个精子从尾部吸入注射针,用Piezo脉冲从颈部断开头和尾;连续剪切5个精子后,将吸入全部精子头的注射针转移到放置卵母细胞的操作滴中,准备将精子头逐个注射至卵母细胞质中。注射时,从时钟9点的方向吸住卵母细胞,使纺锤体保持在6点或12点的位置,从3点的方向轻轻进针,同时用Piezo脉冲击穿透明带,将透明带碎片吹出注射针的同时,将精子头吹至针尖处,继续进针,直至针尖插入卵母细胞深处,几乎贴近对侧质膜时,用Piezo弱脉冲击穿卵母细胞质膜,将精子头吐出,回吸注入卵内多余的操作液,轻轻退针,完成一次注射。依次操作,尽快实现该批卵母细胞的注射,室温放置5min,然后用大量CZB溶液洗涤ICSI胚胎,并且移入CO₂箱培养。依法进行第二批卵母细胞的精子头注射,在注射HCG后17 h,完成全部卵母细胞的精子注射。 PMM利用压电单元的快速形变的惯性力来驱动显微注射针,可以平滑地穿透透明带和弹性细胞膜。上海精子制动压电压电注射
PMM 压电显微操作仪提高ICSI成功率。武汉Piezo压电气压注射器
谐振器、滤波器等频率控制装置,是决定通信设备性能的关键器件,压电陶瓷在这方面具有明显的优越性。它频率稳定性好,精度高及适用频率范围宽,而且体积小、不吸潮、寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性,使以往的电磁设备无法望其项背而面临着被替代的命运。我们来看一种新型自行车减震控制器,一般的减振器难以达到平稳的效果,而这种ACX减震控制器,通过使用压电材料,***提供了连续可变的减震功能。一个传感器以每秒50次的速率监测冲击活塞的运动,如果活塞快速动作,一般是由于行驶在不平地面而造成的快速冲击,这时需要启动比较大的减震功能;如果活塞运动较慢,则表示路面平坦,只需动用较弱的减震功能。可以说,压电陶瓷虽然是新材料,却颇具平民性。它用于高科技,但更多地是在生活中为人们服务,创造美好的生活。武汉Piezo压电气压注射器
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