射頻功率放大器在超聲波抑菌的聲學研究中的應用

　　實驗名稱：超聲波抑菌的聲學研究

　　實驗原理：超聲導波具有沿管狀表面長距離傳播的特性，以其作為一種表面菌膜抑制的新技術具有較好的發展前景，本實驗研究超聲導波的激發頻率和幅度對于菌膜抑制效果的影響，實驗測量了氣管插管的表面振動，分析了插管上導波衰減大的原因，通過耦合劑的結合、導波入射角度的改變等優化實驗裝置，以提高氣管插管表面振動幅度，搭建了一套銅綠假單胞菌菌膜抑制的實驗裝置，研究了不同振動幅度的導波對氣管插管表面菌膜形成過程的抑制效果。

圖一：導波抗菌實驗裝置圖

　　測試設備：信號發生器、ATA-8202射頻功率放大器、超聲換能器、試管、細菌培養液等。

　　實驗過程：本實驗使用成人用氣管插管進行抑菌實驗，實驗中拆除呼吸機接口，只留取氣管插管的主體部分插入導波耦合機構。選擇50kHz的做為導波激發頻率，使用ATA-8202功率放大器分別驅動五組換能器，每組氣管管施加不同激勵，在離契批1cm處測量插管上振動幅度，并對所測波形信號經FFT變換后，調整5組實驗的信號幅度分別為0nm、0.05nm、0.5nm、5nm、50nm。表1為5組實驗的說明。因為各換能器可能存在一致性差異，在施加激勵前先測量氣管插管的表面振動。

表1：導波菌膜抑制實驗分組方案

　　實驗時，同時將多組試管周定于試管支架上，置于37℃的恒溫培養箱中COz濃度5%，圖二為多組試管實驗架示意圖。

圖二：多組試管實驗架示意圖

　　使用人體氣管中最常見的銅綠假單胞菌(Paeruginosa)作為實驗對象。培養基采用胰大豆肉湯(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基中進行增菌培養6h，然后取10ul細菌液，分別加入到不同的培養管中進行細菌培養，培養管置于恒溫培養箱中(37℃，二氧化碳濃度5%)。

　　實驗結果：由于受信號源數量限制，5組需要信號激勵的實驗并不是同時進行，細菌培養的一致性也可能存在差異,評價差異性時菌膜濃度及菌液濃度的結果進行歸一化處理。表2為成人用氣管插管膜濃度歸一化實驗數據。圖三為5組成人用氣管插管菌膜濃度歸一化對比棒圖。由圖可見，所有實驗組中的菌膜濃度都會隨時間的增長而增加，但在第18小時以后，這種增長的勢減緩。施加較大超聲導波激勵(0.5nm)的實驗組，插管表面的菌膜得到了很大的抑制。數據統計結果顯示，隨著導波激發的幅度的增大，菌膜抑制的效果也會加強。第4組(振幅5nm)和第5組(振幅5nm)的數據比較發現，當激發的導波幅度超過5n時，效果變化不明顯，這意味著菌膜抑制效果與振動幅度并不是單純的正比關系，只是在一定的振幅區間內(0.5nm-5nm)，具有明顯的正相關性。

表2：成人用氣管插管菌膜濃密濃度歸一化實驗數據

圖三：成人用氣管菌膜濃度歸一化對比圖

圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標參數

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