應(yīng)用案例

　　實(shí)驗(yàn)名稱：超聲波抑菌的聲學(xué)研究

　　實(shí)驗(yàn)原理：超聲導(dǎo)波具有沿管狀表面長(zhǎng)距離傳播的特性，以其作為一種表面菌膜抑制的新技術(shù)具有較好的發(fā)展前景，本實(shí)驗(yàn)研究超聲導(dǎo)波的激發(fā)頻率和幅度對(duì)于菌膜抑制效果的影響，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了氣管插管的表面振動(dòng)，分析了插管上導(dǎo)波衰減大的原因，通過耦合劑的結(jié)合、導(dǎo)波入射角度的改變等優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置，以提高氣管插管表面振動(dòng)幅度，搭建了一套銅綠假單胞菌菌膜抑制的實(shí)驗(yàn)裝置，研究了不同振動(dòng)幅度的導(dǎo)波對(duì)氣管插管表面菌膜形成過程的抑制效果。

　　圖一：導(dǎo)波抗菌實(shí)驗(yàn)裝置圖

　　測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、ATA-8202射頻功率放大器、超聲換能器、試管、細(xì)菌培養(yǎng)液等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：本實(shí)驗(yàn)使用成人用氣管插管進(jìn)行抑菌實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中拆除呼吸機(jī)接口，只留取氣管插管的主體部分插入導(dǎo)波耦合機(jī)構(gòu)。選擇50kHz的做為導(dǎo)波激發(fā)頻率，使用ATA-8202功率放大器分別驅(qū)動(dòng)五組換能器，每組氣管管施加不同激勵(lì)，在離契批1cm處測(cè)量插管上振動(dòng)幅度，并對(duì)所測(cè)波形信號(hào)經(jīng)FFT變換后，調(diào)整5組實(shí)驗(yàn)的信號(hào)幅度分別為0nm、0.05nm、0.5nm、5nm、50nm。表1為5組實(shí)驗(yàn)的說明。因?yàn)楦鲹Q能器可能存在一致性差異，在施加激勵(lì)前先測(cè)量氣管插管的表面振動(dòng)。

表1：導(dǎo)波菌膜抑制實(shí)驗(yàn)分組方案

　　實(shí)驗(yàn)時(shí)，同時(shí)將多組試管周定于試管支架上，置于37℃的恒溫培養(yǎng)箱中COz濃度5%，圖二為多組試管實(shí)驗(yàn)架示意圖。

圖二：多組試管實(shí)驗(yàn)架示意圖

　　使用人體氣管中最常見的銅綠假單胞菌(Paeruginosa)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。培養(yǎng)基采用胰大豆肉湯(TSB)，成分為胰大豆肉湯干15g、水500ml。將上述成分混合，加熱解，分裝試管，每管4ml，經(jīng)高壓蒸汽121℃、15分鐘滅菌后備用。挑取銅綠假單胞菌在胰大豆肉湯培養(yǎng)基中進(jìn)行增菌培養(yǎng)6h，然后取10ul細(xì)菌液，分別加入到不同的培養(yǎng)管中進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，培養(yǎng)管置于恒溫培養(yǎng)箱中(37℃，二氧化碳濃度5%)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由于受信號(hào)源數(shù)量限制，5組需要信號(hào)激勵(lì)的實(shí)驗(yàn)并不是同時(shí)進(jìn)行，細(xì)菌培養(yǎng)的一致性也可能存在差異,評(píng)價(jià)差異性時(shí)菌膜濃度及菌液濃度的結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。表2為成人用氣管插管膜濃度歸一化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖三為5組成人用氣管插管菌膜濃度歸一化對(duì)比棒圖。由圖可見，所有實(shí)驗(yàn)組中的菌膜濃度都會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，但在第18小時(shí)以后，這種增長(zhǎng)的勢(shì)減緩。施加較大超聲導(dǎo)波激勵(lì)(0.5nm)的實(shí)驗(yàn)組，插管表面的菌膜得到了很大的抑制。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，隨著導(dǎo)波激發(fā)的幅度的增大，菌膜抑制的效果也會(huì)加強(qiáng)。第4組(振幅5nm)和第5組(振幅5nm)的數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激發(fā)的導(dǎo)波幅度超過5n時(shí)，效果變化不明顯，這意味著菌膜抑制效果與振動(dòng)幅度并不是單純的正比關(guān)系，只是在一定的振幅區(qū)間內(nèi)(0.5nm-5nm)，具有明顯的正相關(guān)性。

表2：成人用氣管插管菌膜濃密濃度歸一化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖三：成人用氣管菌膜濃度歸一化對(duì)比圖

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