射频功率放大器在超声波抑菌的声学研究中的应用

　　实验名称：超声波抑菌的声学研究

　　实验原理：超声导波具有沿管状表面长距离传播的特性，以其作为一种表面菌膜抑制的新技术具有较好的发展前景，本实验研究超声导波的激发频率和幅度对于菌膜抑制效果的影响，实验测量了气管插管的表面振动，分析了插管上导波衰减大的原因，通过耦合剂的结合、导波入射角度的改变等优化实验装置，以提高气管插管表面振动幅度，搭建了一套铜绿假单胞菌菌膜抑制的实验装置，研究了不同振动幅度的导波对气管插管表面菌膜形成过程的抑制效果。

图一：导波抗菌实验装置图

　　测试设备：信号发生器、ATA-8202射频功率放大器、超声换能器、试管、细菌培养液等。

　　实验过程：本实验使用成人用气管插管进行抑菌实验，实验中拆除呼吸机接口，只留取气管插管的主体部分插入导波耦合机构。选择50kHz的做为导波激发频率，使用ATA-8202功率放大器分别驱动五组换能器，每组气管管施加不同激励，在离契批1cm处测量插管上振动幅度，并对所测波形信号经FFT变换后，调整5组实验的信号幅度分别为0nm、0.05nm、0.5nm、5nm、50nm。表1为5组实验的说明。因为各换能器可能存在一致性差异，在施加激励前先测量气管插管的表面振动。

表1：导波菌膜抑制实验分组方案

　　实验时，同时将多组试管周定于试管支架上，置于37℃的恒温培养箱中COz浓度5%，图二为多组试管实验架示意图。

图二：多组试管实验架示意图

　　使用人体气管中最常见的铜绿假单胞菌(Paeruginosa)作为实验对象。培养基采用胰大豆肉汤(TSB)，成分为胰大豆肉汤干15g、水500ml。将上述成分混合，加热解，分装试管，每管4ml，经高压蒸汽121℃、15分钟灭菌后备用。挑取铜绿假单胞菌在胰大豆肉汤培养基中进行增菌培养6h，然后取10ul细菌液，分别加入到不同的培养管中进行细菌培养，培养管置于恒温培养箱中(37℃，二氧化碳浓度5%)。

　　实验结果：由于受信号源数量限制，5组需要信号激励的实验并不是同时进行，细菌培养的一致性也可能存在差异,评价差异性时菌膜浓度及菌液浓度的结果进行归一化处理。表2为成人用气管插管膜浓度归一化实验数据。图三为5组成人用气管插管菌膜浓度归一化对比棒图。由图可见，所有实验组中的菌膜浓度都会随时间的增长而增加，但在第18小时以后，这种增长的势减缓。施加较大超声导波激励(0.5nm)的实验组，插管表面的菌膜得到了很大的抑制。数据统计结果显示，随着导波激发的幅度的增大，菌膜抑制的效果也会加强。第4组(振幅5nm)和第5组(振幅5nm)的数据比较发现，当激发的导波幅度超过5n时，效果变化不明显，这意味着菌膜抑制效果与振动幅度并不是单纯的正比关系，只是在一定的振幅区间内(0.5nm-5nm)，具有明显的正相关性。

表2：成人用气管插管菌膜浓密浓度归一化实验数据

图三：成人用气管菌膜浓度归一化对比图

图：ATA-8000系列射频功率放大器指标参数

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