Шингэний хяналтын системийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох тогтмол гүйдлийн микро диафрагмын насосууд шинэ материалын дэвшлээс үүдэлтэй өөрчлөлтийн хувьсалд орж байна. Эдгээр инноваци нь гүйцэтгэл, бат бөх байдал, дасан зохицох чадварыг сайжруулах замаар биоанагаах ухааны инженерчлэлээс хүрээлэн буй орчны хяналт хүртэлх салбаруудыг өөрчлөн шинэчилж байна. Энэхүү нийтлэл нь шинээр гарч ирж буй материалууд нь тогтмол гүйдлийн микро диафрагмын насосны хувьсал болон тэдгээрийн янз бүрийн хэрэглээнд ашиглах боломжийг хэрхэн өдөөж байгааг судлах болно.
1. Санах ойн хайлш (SMAs) ба Соронзон чангалагч материалыг дүрслэх
Никель-титан (NiTi) гэх мэт хэлбэрийн санах ойн хайлш (SMAs) нь температур эсвэл соронзон орны өөрчлөлтийн дор ажиллах чадварыг харуулж, шингэний нарийн хяналтыг бий болгодог. Жишээлбэл, MEMS технологитой нэгдсэн NiTi-д суурилсан диафрагмууд нь эрчим хүчний хамгийн бага зарцуулалтаар өндөр давтамжийн (50,000 Гц хүртэл) ажиллах боломжтой. Эдгээр материалууд нь жижиг хэмжээтэй, найдвартай байдал нь хамгийн чухал байдаг суулгацтай эм дамжуулах систем болон чип дээрх лабораторийн төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой. Үүний нэгэн адил аварга соронзон соронзон материалууд (GMM) нь сансар огторгуй болон робот техникийн хэрэглээнд зориулагдсан насосуудад хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх боломжийг олгодог.
2. Үр ашгийг дээшлүүлэх наноматериалууд
Нүүрстөрөгчийн нано гуурс (CNTs) болон графен зэрэг наноматериалууд нь механик болон дулааны дээд зэргийн шинж чанаруудын улмаас олны анхаарлыг татаж байна. CNT-аар бэхжүүлсэн полимерууд нь насосны бат бөх чанарыг сайжруулж, үрэлтийг бууруулж, зэврэлттэй орчинд ажиллах хугацааг уртасгадаг. Нэмж дурдахад нано-нийлмэл материалууд нь зөөврийн эмнэлгийн төхөөрөмж болон электроникийн хөргөлтийн системд чухал ач холбогдолтой хөнгөн атлаа бат бөх насосны эд ангиудыг идэвхжүүлдэг. Сүүлийн үеийн судалгаанууд наноматериалууд хэрхэн дулаан ялгаруулалтыг сайжруулж, автомашины дулааны менежментэд өндөр хүчин чадалтай микронасосуудад тохиромжтой болгож байгааг онцолж байна.
3. Уян хатан полимер ба гидрогель
PTFE, PEEK, цахилгаан идэвхт гидрогель зэрэг уян хатан полимерүүд нь биоанагаахын микронасосуудад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Цахилгаан эсвэл химийн өдөөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх эсвэл агших гидрогель нь удаан хугацааны суулгацын системд бага энерги зарцуулдаг. 1.5 В батерейгаар тэжээгддэг хавхлаггүй гидрогелийн микронасос нь эрчим хүчний хамгийн бага зарцуулалтаар (цус харвалт тутамд ≤750 μWs) 6 сарын турш тасралтгүй ажилласнаар эмийг хэрэглэх боломжтой болгосон. Үүний нэгэн адил, PDMS (полидиметилсилоксан) зэрэг био нийцтэй полимерууд нь тунгалаг, химийн идэвхгүй байдлаас шалтгаалан микрофлюидик чипүүдэд өргөн хэрэглэгддэг.
4. Экстремаль орчинд зориулсан керамик материал
Хөнгөн цагааны исэл (Al₂O₃) ба циркониа (ZrO₂) зэрэг керамик эдлэлүүд нь өндөр хатуулаг, зэврэлтэнд тэсвэртэй, дулааны тогтвортой байдал зэргээрээ үнэлэгддэг. Эдгээр материал нь зүлгүүрийн зутан, өндөр температурт шингэн (жишээ нь, 550°С давсны давсны уусмал) эсвэл хүхрийн хүчил зэрэг идэмхий химийн бодисуудтай харьцах шахуургад илүү сайн байдаг. Керамик бүрээстэй поршений саваа ба лац (жишээ нь, Binks's Exel насос) нь элэгдэлд тэсвэртэй уламжлалт хатуу хром эд ангиудыг давж, засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулдаг. Эмнэлгийн хэрэглээний хувьд керамик нь үргүйдэл, био нийцтэй байдлыг хангадаг тул эмийн бүтээгдэхүүнийг нарийн дүүргэхэд тохиромжтой.
5. Анагаах ухааны инновацийн био нийцтэй материал
Эрүүл мэндийн салбарт фосфолипид-полимер нийлмэл материал, керамик зэрэг био нийцтэй материалууд нь цусны шахуурга дахь цус задрал, тромбозыг бууруулахад зайлшгүй шаардлагатай. Жишээлбэл, гадаргуугийн өөрчлөлттэй полиуретан дээр суурилсан мембранууд (жишээлбэл, фосфорилхолины бүлгүүд) уургийн шингээлтийг багасгадаг бөгөөд энэ нь суулгацын ховдолын туслах төхөөрөмжүүдэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Индранил (нэг болор хөнгөн цагааны исэл) зэрэг керамик нь үрэлт багатай, химийн идэвхгүй байдлыг бий болгож, эмийн нийлүүлэлтийн системийн урт хугацааны найдвартай байдлыг хангадаг.
6. Дасан зохицох системд зориулсан ухаалаг материал
Ухаалаг материалууд (жишээлбэл, соронзон хэлбэрийн санах ойн хайлш ба рН-д хариу үйлдэл үзүүлэх полимер) нь өөрөө өөрийгөө зохицуулах микронасосуудыг идэвхжүүлдэг. Саяхны судалгаагаар нэг талын хавхлагатай соронзон ухаалаг материалд суурилсан микронасосыг нэвтрүүлсэн нь 39 мкл/мин урсгалын хурдтай, ердийн загвартай харьцуулахад үр ашгийг дээшлүүлсэн. Эдгээр материалууд нь байгаль орчны хяналт, автоматжуулсан үйлдвэрлэлд онцгой ач холбогдолтой бөгөөд шингэний динамикийг бодит цагийн горимд тохируулах шаардлагатай байдаг.
7. Зах зээлийн чиг хандлага ба ирээдүйн чиг хандлага
Дэлхийн микро насосны зах зээл нь эмнэлгийн төхөөрөмж, байгаль орчны технологи, хэрэглээний электроникийн эрэлтээс шалтгаалан 2025-2033 он хүртэл CAGR 13.83% -иар өсөх төлөвтэй байна. Гол чиг хандлагад дараахь зүйлс орно.
- Бяцруулах: Зөөврийн оношлогоонд зориулж дэвшилтэт материалыг микро машинд нэгтгэх.
- Тогтвортой байдал: Байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулахын тулд дахин боловсруулах боломжтой полимер, эрчим хүчний хэмнэлттэй идэвхжүүлэгч (жишээлбэл, гидрогель) ашиглах.
- Тагнуул: Бодит цагийн санал хүсэлтийн механизм бүхий хиймэл оюун ухаанаар удирддаг ухаалаг насосыг хөгжүүлэх.
Бэрхшээл ба боломжууд
Шинэ материалууд урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй ашиг тусыг өгдөг ч үйлдвэрлэлийн өндөр өртөг, нарийн төвөгтэй боловсруулалт зэрэг бэрхшээлүүд хэвээр байна. Жишээлбэл, керамик эд ангиуд нь нарийн боловсруулалт шаарддаг бөгөөд SMA нь нарийн төвөгтэй дулааны хяналт шаарддаг. Гэсэн хэдий ч 3D хэвлэлт болон наноматериалын дэвшил нь эдгээр асуудлыг багасгаж байна. Ирээдүйн судалгаа нь микро насосны ажиллагааг илүү оновчтой болгохын тулд өөрийгөө эдгээх материал, эрчим хүч цуглуулах загварт анхаарлаа хандуулж магадгүй юм.
Дүгнэлт
Шинэ материалууд хил хязгаарыг давж байнаDC микро диафрагмын насостехнологи нь боломжгүй гэж үзсэн програмуудыг идэвхжүүлдэг. Мансууруулах бодисоор задалдаг гидрогелээс авахуулаад үйлдвэрийн орчинд өндөр температурт керамик хүртэл эдгээр шинэлэг зүйл нь үр ашиг, найдвартай байдал, тогтвортой байдлыг бий болгож байна. Судалгааны явцад микро насосууд эрүүл мэнд, байгаль орчны шинжлэх ухаан, ухаалаг үйлдвэрлэлийг хөгжүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэсээр байх болно. Инженерүүд хамгийн сүүлийн үеийн материалыг ашигласнаар шингэний нарийн хяналт нь хүртээмжтэй, хувирах боломжтой ирээдүйг нээж байна.
чамд ч бас бүгд дуртай
Дэлгэрэнгүй мэдээ уншина уу
Шуудангийн цаг: 2025-05-13