当您将按钮轻轻一揿,煤气灶迅即燃起蓝色火焰,您可曾意识到是什么带给您的这份便利呢?将一块看起来平淡无奇的陶瓷接上导线和电流表,用手在上面一摁,电流表的指针也跟着发生摆动——竟然产生了电流,岂非咄咄怪事?其实,这是压电陶瓷,一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。压电陶瓷到底是一种什么样的材料呢?这是一种具有压电效应的材料。所谓压电效应是指某些介质在力的作用下,产生形变,引起介质表面带电,这是正压电效应。反之,施加激励电场,介质将产生机械变形,称逆压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域,以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。压电陶瓷具有敏感的特性,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。地震是毁灭性的灾害,而且震源始于地壳深处,以前很难预测,使人类陷入了无计可施的尴尬境地。压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小,**多不超过本身尺寸的千万分之一,别小看这微小的变化,基于这个原理制做的精确控制机构--压电驱动器,对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大福音。压电式显微操作仪PMM可用于ES细胞注射等实验。深圳压电压电元件
1927年,伍德(R.W.Wood)与鲁密斯(A.L.Loomis)首先使用高功率超声波。使用蓝杰文型的石英换能器配合高功率真空管,在液体中产生高能量,使液体引起所谓的空腔(cavitation)现象。同时也研究高功率超声波对生物试样的效应。在水下音响(underwatersound)的研究中发现,石英晶体并不是很好的换能器材料,但是它的振荡频率却不随温度而变,亦即所谓的具有低的温度系数。这种频率对温度的高稳定性,用在控制振荡器的频率,及某些滤波器上**有用。1919年,卡迪(Cady)教授***次利用石英当做频率控制器,图四就是**早期的晶体控制振荡器电路。因为晶体具有极高的Q值(注三),振荡器的频率受到晶体共振频率的控制,且频率不随温度变化而变。后来,皮尔士和皮尔士-米勒(Pierce-Miller)又发明一种以后广被采用的晶体控制振荡电路。在第二次世界大战中,大约使用了一千万个晶体振荡器,用以建立坦克与坦克之间及地面和飞机之间的通讯。美国Piezo Micro Manipulator压电辅助孵化压电破膜显微操作仪利用压电元件产生的驱动力,可以良好的穿刺各类样品:如小鼠、猪、牛的卵母细胞和胚胎。
单精子显微注射技术——解决因精子问题导致的不育症
在自然受孕过程中,精子需要经历一系列复杂的生理反应,包括顶体反应、穿越透明带等,才能与卵子结合。然而,当男性存在严重的少精子症、弱精子症或畸形精子症时,这些自然过程可能无法顺利完成,导致不育。此时,单精子显微注射技术便成为了一种有效的解决方案。
单精子显微注射技术针对男性精子问题而设计,也被称为第二代试管婴儿技术,其**在于通过显微操作,将单个精子直接注入卵母细胞的胞浆内,从而绕过自然受精过程中精子需要穿越卵子透明带的障碍。
单精子显微注射的操作过程即使用一根极细的显微操作针,将经过筛选的单个精子注入到卵母细胞的胞浆内。这一过程需要极高的精确度和技巧,以确保精子能够成功进入卵子。受精成功后,受精卵将被培养至早期胚胎阶段,并移植到母体子宫内,以期实现妊娠。
piezoelectric polymer压电现象是由于应力作用于材料,在材料表面诱导产生电荷的过程,一般这一过程是可逆的,即当材料受到电参数作用,材料也会产生形变能。木材纤维素、腱胶原和各种聚氨基酸都是常见的高分子压电性材料,但是其压电率太低,而没有使用价值。在有机高分子材料中聚偏氟乙烯等类化合物具有较强的压电性质。压电率的大小取决于分子中含有的偶极子的排列方向是否一致。除了含有具有较大偶极矩的C-F键的聚偏氟乙烯化合物外,许多含有其他强极性键的聚合物也表现出压电特性。如亚乙烯基二氰与乙酸乙烯酯、异丁烯、甲基丙烯酸甲酯、苯甲酸乙烯酯等的共聚物,均表现出较强的压电特性。而且高温稳定性较好。主要作为换能材料使用,如音响元件和控制位移元件的制备。前者比较常见的例子是超声波诊断仪的探头、声纳、耳机、麦克风、电话、血压计等装置中的换能部件。将两枚压电薄膜贴合在一起,分别施加相反的电压,薄膜将发生弯曲而构成位移控制元件。利用这一原理可以制成光学纤维对准器件、自动开闭的帘幕、唱机和录像机的对准件。PMM PIEZO-ICSI是一种先进的技术,用于辅助生殖医学领域的人工受孕过程。
压电材料的应用领域可以粗略分为两大类:即振动能和超声振动能-电能换能器应用,包括电声换能器,水声换能器和超声换能器等,以及其它传感器和驱动器应用。
换能器换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应,而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动,利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。目前对压电聚合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点,研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件,如抗噪声电话、宽带超声信号发射系统等。为满足特定要求而开发的各种原型水声器件,采用了不同类型和形状的压电聚合物材料,如薄片、薄板、叠片、圆筒和同轴线等,以充分发挥压电聚合物高弹性、低密度、易于制备为大和小不同截面的元件、而且声阻抗与水数量级相同等特点,***一个特点使得由压电聚合物制备的水听器可以放置在被测声场中,感知声场内的声压,且不致由于其自身存在使被测声场受到扰动。而聚合物的高弹性则可减小水听器件内的瞬态振荡,从而进一步增强压电聚合物水听器的性能。 PMM和传统方法相比提高了速度和准确率,也就是说增加了效率。北京PMM 压电胚胎干细胞
PMM与传统尖头针相比可促进ES细胞注射入胚泡,用于胚胎干细胞显微注射(ES cell Microinjection)。深圳压电压电元件
以piezo操作系统为技术支撑,在掌握小鼠卵母细胞胞浆内精子注射技术(ICSI)的基础上,进行了ICSI技术生产试管小鼠及转基因小鼠的尝试。实验结果表明以Hepes-CZB+3%蔗糖做操作液,用来自成年KM鼠附睾尾的新鲜精子头和pEGFP-N1质粒孵育处理冻融精子头,直接注射到B6D2 F1小鼠卵母细胞质中,注射后1h,83.3%的卵母细胞仍然存活,鲜精组和冻精组各有92.3%和83.0%成活卵子排出极体、出现原核。用CZB溶液继续培养ICSI胚胎,两组的卵裂率、桑椹胚率、囊胚率分别为(97.8%vs 94.7%)、(64%vs 64.5%)、(5%,vs 24.7%)。其中桑椹胚率、囊胚率均***低于体内受精对照组(64%,64.5%vs 88%;5%,24.7%vs70%P<0.01);将鲜精组原核期120枚胚胎和82枚2-cell胚胎及冻精组135枚原核期胚胎移植后移植到同期km假孕母鼠受体内,分别出生28只、3只、18只ICSI小鼠(黑色或灰色),效率分别为23.3%,4%,13.3%。健康成年的31只ICSI小鼠,没有明显的生理和行为异常。随机抽取六对鲜精组性成熟ICSI小鼠做交配实验,一个月后都有小鼠出生(平均窝产10.7只)。本实验表明,ICSI精子载体法可以比较高地制造小鼠转基因胚胎,小鼠附睾新鲜精子及无抗冻剂保护冷冻致死精子都具有足够的全程发育潜力。深圳压电压电元件
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