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纳米气泡在医学领域的应用

发布时间:2018-10-12 浏览量:11

什么是纳米气泡
气泡是指液体内充溢气体的空穴,发生气泡的底子条件是液体内气泡内压不小于环境压力。气泡表面具有不同于气泡地址液体性质的成分。表面活性剂对气泡的构成非常重要但并不是有必要条件。因为浮力比较大,大气泡一般会灵敏上升到表面崩解,直径小于1微米的气泡也就是微纳米气泡因存在现在不了解的机制,能在液体中长时间安稳存在。
纳米技术范畴,一般习气把100纳米以下作为纳米颗粒的最大标准,但是纳米气泡直径一般是大于100纳米,气泡研讨范畴一般把1000纳米以下作为纳米气泡或微纳米气泡,100微米以下为纤细气泡。纳米气泡有两种底子类型,一种对错球形界面纳米气泡,是固定分布在液体和固体界面上的气泡,这种气泡在学术界被研讨相对充沛,但运用相对少。另一种就是咱们比较了解的体相纳米气泡,就是悬浮在液体中的球形纳米气泡。本文首要指体相纳米气泡
虽然气泡的研讨前史现已逾越半个世纪,但是气泡的类型和分类一贯存在争议。学术上对气泡分类首要根据气泡性质的不同,最常用的目标是气泡大小、表面特征和气泡寿数。这些特征首要抉择于气泡大小,因此许多学者把气泡大小作为仅有分类标准。按照这个标准,气泡被分为大气泡、微米气泡、亚微米气泡或纳米气泡,也有采用更浅显分类为大气泡、小气泡和超小气泡。虽然学者们对气泡的大小规划详细有不同观念,但大多数赞同微气泡直径应该在10-100微米的规划,1-10微米为亚微米气泡,10-1000纳米为纳米气泡
经典理论认为气泡越小表面张力越大,纳米气泡表面张力大构成内压非常高,因此纳米气泡存在性和安稳性一贯是有争议的论题。许多学者运用不同技术勘探纳米气泡。与大气泡研讨相同,学者们没有纠结于纳米气泡的定义。有学者甚至忽视纳米气泡和微米气泡存在被忽视的直径规划,认为直径小于200纳米的气泡为纳米气泡,10微米以上的为微米气泡,对200纳米到10微米之间的气泡不去理睬,也有学者把200纳米-10微米气泡定义为微纳米气泡,这说明对超纤细气泡的分类短少清楚的标准。2012年,吴等定义纳米和亚微米气泡,认为500纳米以下为纳米和亚微米气泡。最近有学者认为直径小于数百纳米的气泡为纳米气泡,这不只模糊而且存在敌对。总归,纳米气泡直径的最大标准存在不同观念,直径小于1微米的气泡因为标准和特征类似可分类为超细气泡或纳米气泡
气泡分类不只根据大小,而且根据其特征和在液体中的行为。图1对不同气泡大小的分类进行了汇总。1-10微米气泡其大小和特征都介于微米气泡和纳米气泡之间,被归类到亚微米气泡。虽然学术界对微米气泡的特征有一起观念,但是对气泡的大小规划没有一致标准。
纳米气泡特征
符合纳米材料规矩,纳米气泡也具有比表面积大的特征,这也是纳米气泡作为气液技术应该的重要基础。其他,纳米气泡还具有刚性大,表面有负电荷,浮力小,安稳性极好,长寿数等特征,抉择了纳米气泡的特别用处。纳米气泡内压和安稳性方面,存在理论核算和现实不符的情况,现在并没有清晰的结论。
气泡表面积和气泡直径呈负相关联络,(表面积A和直径D的数学联络A=6/D)。因此相同体积的气泡,100纳米直径气泡表面积是10微米直径面积的100倍。
理论上气泡构成消耗能量依赖于界面面积,界面面积抉择于气泡表面张力。直径小于25微米的小气泡表面刚性强,类似于高压气球,不简单分裂。数毫米直径的大气泡表面比较柔软,很简单变形分裂。大气泡的浮力比较大很简单上升到液面。Stokes公式R =ρgd2/18μ(ρ = 密度,g = 重力加速度,d =气泡直径,μ =粘滞度)可核算气泡上浮速度。气泡上漂浮速度和气泡直径的平方成正比,这种联络只运用于小气泡。直径大于2毫米的大气泡因为外形发生改变,上升速度并不会受直径影响。低于1微米的纳米气泡上升速度非常慢,远低于布朗运动,整体上表现为不上升。
除了浮力外,直径小于25-50微米的小气泡有自动缩短特性。根据Henry规律,溶液中溶解气体的分压与气泡内气体分压一起时,气泡内气体溶解和溶液中气体向气泡内开释到达平衡。小气泡因为表面张力作用内压增加,构成气泡内气体分压逾越气泡周围溶解气体分压,气泡内气体超周围静溶解,这会导致气泡进一步缩小,体积缩小导致表面张力效应增强,导致正反馈效应,气泡会灵敏溃散。相反大气泡因为上升周围静水压下降导致内压下降,减压导致气泡体积增大,气泡内气体分压下降,导致溶液中气体向气泡内静开释,这会导致气泡体积增大,表面张力效应下降,气泡内压进一步下降。所以,在某气体饱和溶液中,这种气体的气泡有大者增大,小者缩小的趋势。看来气泡也刚好符合马太效应。
这种情况非常符合潜水员减压病发生的进程,潜水员在水下逗留必定时间后,体液中气体到达必定饱和度,一旦回来水面速度过快,身体内一些气泡会因为环境压下降而增大,这种趋势过于严峻就导致气体阻断血流压榨安排等成果,就是典型的减压病。医治减压病的原理也很简单,就是把潜水员进行从头加压,加压的成果就是把大气泡变成小气泡,小气泡有变小消失的趋势,处理了气泡就解除了病因。

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