一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微量粘度計(jì)，具體涉及一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 粘度是流體重要的物理特性之一，現(xiàn)有的粘度測量方法主要有毛細(xì)管法、落體法、 旋轉(zhuǎn)法、振動(dòng)法、平板法等。由于毛細(xì)管法簡單實(shí)用，因此目前基于毛細(xì)管法設(shè)計(jì)的測量裝 置的應(yīng)用范圍較廣。毛細(xì)管法的原理是哈根-泊肅葉公式，通過外部壓力驅(qū)動(dòng)流體流過毛細(xì) 管，測出毛細(xì)管兩端的壓差和流體的流量，并加以修正，就可以計(jì)算得到流體的粘度。目前 基于毛細(xì)管法測量粘度的裝置存在的主要問題有:壓差、流量的精確測量較為困難，另外測 量所需要的實(shí)驗(yàn)液體較多（測量裝置中毛細(xì)管內(nèi)徑一般為mm量級(jí)，所需實(shí)驗(yàn)液體在幾十毫 升），但有時(shí)所能提供的實(shí)驗(yàn)液體卻非常有限（血液或者某些生理液體樣品一般為幾十微 升）。這些都給毛細(xì)管法測量技術(shù)的發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)，因此，迫切需要發(fā)展新技術(shù)、新思路來 解決毛細(xì)管法測量過程中遇到的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于微米/納米通道 的微量粘度計(jì)，具有所需液體量極少，裝置簡單，操作簡單、便于攜帶，測量迅速的特點(diǎn)。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0005] -種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)，包括電源1，電源1分別與溫控系統(tǒng)2和進(jìn) 樣系統(tǒng)3連接，進(jìn)樣系統(tǒng)3處于溫控系統(tǒng)2內(nèi)部，由溫控系統(tǒng)2控制進(jìn)樣系統(tǒng)3及其中液體的溫 度;進(jìn)樣系統(tǒng)3與深度為微米/納米量級(jí)通道4的入口連接，微米/納米量級(jí)通道4的出口直通 大氣;微米/納米量級(jí)通道4位于數(shù)據(jù)測量及處理模塊5內(nèi)部，數(shù)據(jù)測量及處理模塊5的輸出 與顯示模塊6的輸入連接，數(shù)據(jù)測量及處理模塊5用于數(shù)據(jù)測量和計(jì)算液體粘度，由數(shù)據(jù)顯 示模塊6顯示粘度計(jì)算結(jié)果;溫控系統(tǒng)2、進(jìn)樣系統(tǒng)3和數(shù)據(jù)測量及處理模塊5的控制端與控 制模塊7連接。
[0006] 所述的數(shù)據(jù)測量及處理模塊5包括數(shù)據(jù)測量模塊8和與之連接的數(shù)據(jù)處理模塊16， 數(shù)據(jù)測量模塊8包括有依次并列的兩組以上的光電組件，相鄰兩組光電組件相距1M1 - 100μ m，每組光電組件包括一光發(fā)射器和一光吸收器，光發(fā)射器和光吸收器分別放置在微米/納 米通道4兩側(cè)，光發(fā)射器、光吸收器的輸出和計(jì)時(shí)電路9的輸入連接，計(jì)時(shí)電路9的輸出和數(shù) 據(jù)處理模塊16的輸入連接。
[0007] 所述的微米/納米量級(jí)通道4為一次性使用。
[0008] 所述的數(shù)據(jù)測量及處理模塊5能夠在10秒內(nèi)完成測量及處理，無需施加壓力差，依 據(jù)LW模型，根據(jù)流動(dòng)距離與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算得到液體的粘度。
[0009] 本發(fā)明的有益效果為:將深度為微米/納米量級(jí)的通道作為毛細(xì)管來減少實(shí)驗(yàn)液 體的使用，通過毛細(xì)壓力驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)，省去壓差測量系統(tǒng)，基于液體在毛細(xì)管中流動(dòng)時(shí)滿 足的LW模型，通過置于毛細(xì)管路旁的計(jì)時(shí)電路系統(tǒng)，測量出液體在毛細(xì)管中不同時(shí)刻的流 動(dòng)距離，結(jié)合LW模型從而計(jì)算得到液體的粘度值，具有以下優(yōu)點(diǎn)；
[0010] 深度為微米/納米量級(jí)通道4所需液體量極少，可以小于ΙμL;微米/納米量級(jí)通道4 為一次性使用，避免感染，不需要清洗裝置，而且通道加工技術(shù)成熟;裝置簡單，流體在毛細(xì) 壓力驅(qū)動(dòng)下流入微米/納米量級(jí)通道4，不需要外部加壓裝置，不需要壓力測量部件;操作簡 單、便于攜帶。測量迅速，測量及數(shù)據(jù)處理可以在10秒內(nèi)完成，血液等生物樣品無須添加抗 凝試劑。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為圖1中數(shù)據(jù)測量及處理模塊5的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0014] 參照?qǐng)D1，一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)，包括電源1，電源1分別與溫控系 統(tǒng)2和進(jìn)樣系統(tǒng)3連接，進(jìn)樣系統(tǒng)3處于溫控系統(tǒng)2內(nèi)部，由溫控系統(tǒng)2控制進(jìn)樣系統(tǒng)3及其中 液體的溫度;進(jìn)樣系統(tǒng)3與深度為微米/納米量級(jí)通道4的入口連接，微米/納米量級(jí)通道4的 出口直通大氣;微米/納米量級(jí)通道4位于數(shù)據(jù)測量及處理模塊5內(nèi)部，數(shù)據(jù)測量及處理模塊 5的輸出與顯示模塊6的輸入連接，數(shù)據(jù)測量及處理模塊5用于數(shù)據(jù)測量和計(jì)算液體粘度，由 數(shù)據(jù)顯示模塊6顯示粘度計(jì)算結(jié)果;溫控系統(tǒng)2、進(jìn)樣系統(tǒng)3和數(shù)據(jù)測量及處理模塊5的控制 端與控制模塊7連接。
[0015] 參照?qǐng)D2,所述的數(shù)據(jù)測量及處理模塊5包括數(shù)據(jù)測量模塊8和與之連接的數(shù)據(jù)處 理模塊16,數(shù)據(jù)測量模塊8包括依次并列的第一光電組件10、第二光電組件11、第三光電組 件12、第四光電組件13、第五光電組件14、第六光電組件15，相鄰兩組光電組件相距1 μπι- 100μπι，每組光電組件包括一光發(fā)射器和一光吸收器，光發(fā)射器和光吸收器分別放置在微 米/納米量級(jí)通道4兩側(cè)，用來測量不同時(shí)刻液體流動(dòng)距離，光發(fā)射器、光吸收器的輸出和計(jì) 時(shí)電路9的輸入連接，計(jì)時(shí)電路9的輸出和數(shù)據(jù)處理模塊16的輸入連接。在測量過程中，液體 在毛細(xì)力作用下流過微米/納米量級(jí)通道4,當(dāng)?shù)谝唤M光電組件10檢測到微米/納米量級(jí)通 道4中的液體端面經(jīng)過時(shí)，計(jì)時(shí)電路9記錄下時(shí)間，同理，第二光電組件11、第三光電組件12、 第四光電組件13、第五光電組件14、第六光電組件15分別在液體端面經(jīng)過時(shí)記錄下時(shí)間，數(shù) 據(jù)最終傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊16中，數(shù)據(jù)處理模塊16計(jì)算得到液體的粘度。
[0016] 所述的微米/納米量級(jí)通道4為一次性使用。
[0017] 所述的數(shù)據(jù)測量及處理模塊5能夠在10秒內(nèi)完成測量及處理，無需施加壓力差，依 據(jù)LW模型，根據(jù)流動(dòng)距離與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算得到液體的粘度。
[0018] 本發(fā)明的工作原理為：
[0019] 將進(jìn)樣系統(tǒng)3中的微量注射栗取下，吸取待測液體樣品，之后將微量注射栗放入進(jìn) 樣系統(tǒng)3;打開電源1和控制模塊7,開啟溫控模塊2,待其穩(wěn)定工作，進(jìn)樣系統(tǒng)3將待測液體送 到微米/納米量級(jí)通道4入口處，液體在毛細(xì)力作用下流入微米/納米量級(jí)通道4，數(shù)據(jù)測量 及處理模塊5對(duì)不同時(shí)刻液體的距離進(jìn)行測量，過程如下：液體端面經(jīng)過光電組件10時(shí)，計(jì) 時(shí)電路9記錄下該時(shí)刻t，同理，光電組件11、12、13、14、15分別記錄液體端面流過時(shí)的時(shí)刻 ^山、丨4、匕丨6，得到6組流動(dòng)距離1與時(shí)間七的數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊16中， 根據(jù)LW模型（當(dāng)通道的高度遠(yuǎn)小于寬度時(shí)，即h〈〈w)
[0020] /(/)=： --V/ V 3"
[0021] 式中，l(t)是t時(shí)刻液體的流動(dòng)距離，h是通道深度，Θ是液體與通道壁面間的接觸 角，〇LV和η分別是液體的表面張力和動(dòng)力粘度。假設(shè)上式中液體的粘度η、接觸角在流動(dòng)過 程中不變，那么流動(dòng)長度l(t)與t 1/2成正比，通道深度h、表面張力系數(shù)〇LV以及接觸角是容 易測量得到的，因此只要測出一組1~t就可以反算出液體的粘度n， σ,, hcosO,
[0022]
[0023]該值被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示模塊6進(jìn)行顯示，流動(dòng)過程持續(xù)l_2s，因此該測量及處理過 程可以在10s內(nèi)完成。對(duì)于非牛頓流體，本方法可根據(jù)修正LW模型或CHH十算獲得流體粘度 與剪切率的關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)，包括電源（1)，電源（1)分別與溫控系統(tǒng)（2) 和進(jìn)樣系統(tǒng)(3)連接，其特征在于:進(jìn)樣系統(tǒng)(3)處于溫控系統(tǒng)(2)內(nèi)部，由溫控系統(tǒng)(2)控制 進(jìn)樣系統(tǒng)（3)及其中液體的溫度;進(jìn)樣系統(tǒng)（3)與深度為微米/納米量級(jí)通道(4)的入口連 接，微米/納米量級(jí)通道(4)的出口直通大氣;微米/納米量級(jí)通道(4)位于數(shù)據(jù)測量及處理 模塊(5)內(nèi)部，數(shù)據(jù)測量及處理模塊(5)的輸出與顯示模塊(6)的輸入連接，數(shù)據(jù)測量及處理 模塊(5)用于數(shù)據(jù)測量和計(jì)算液體粘度，由數(shù)據(jù)顯示模塊(6)顯示粘度計(jì)算結(jié)果;溫控系統(tǒng) (2)、進(jìn)樣系統(tǒng)(3)和數(shù)據(jù)測量及處理模塊(5)的控制端與控制模塊(7)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)，其特征在于:所述的 數(shù)據(jù)測量及處理模塊(5)包括數(shù)據(jù)測量模塊(8)和與之連接的數(shù)據(jù)處理模塊(16)，數(shù)據(jù)測量 模塊(8)包括有依次并列的兩組以上的光電組件，相鄰兩組光電組件相距l(xiāng)Mi - 100μπι，每組 光電組件包括一光發(fā)射器和一光吸收器，光發(fā)射器和光吸收器分別放置在微米/納米通道 (4)兩側(cè)，光發(fā)射器、光吸收器的輸出和計(jì)時(shí)電路(9)的輸入連接，計(jì)時(shí)電路(9)的輸出和數(shù) 據(jù)處理模塊(16)的輸入連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)，其特征在于:所述的 微米/納米量級(jí)通道(4)為一次性使用。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)，其特征在于:所述的 數(shù)據(jù)測量及處理模塊(5)能夠在10秒內(nèi)完成測量及處理，無需施加壓力差，依據(jù)LW模型，根 據(jù)流動(dòng)距離與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算得到液體的粘度。
【專利摘要】一種基于微米/納米通道的微量粘度計(jì)，包括電源，電源分別與溫控系統(tǒng)和進(jìn)樣系統(tǒng)連接，進(jìn)樣系統(tǒng)處于溫控系統(tǒng)內(nèi)部，由溫控系統(tǒng)控制進(jìn)樣系統(tǒng)及其中液體的溫度；進(jìn)樣系統(tǒng)與深度為微米/納米量級(jí)通道的入口連接，微米/納米量級(jí)通道的出口直通大氣；微米/納米量級(jí)通道位于數(shù)據(jù)測量及處理模塊內(nèi)部，數(shù)據(jù)測量及處理模塊的輸出與顯示模塊的輸入連接，數(shù)據(jù)測量及處理模塊用于數(shù)據(jù)測量和計(jì)算液體粘度，由數(shù)據(jù)顯示模塊顯示粘度計(jì)算結(jié)果；溫控系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)測量及處理模塊的控制端與控制模塊連接，本發(fā)明所需液體量極少，裝置簡單，操作簡單、便于攜帶，測量迅速。
【IPC分類】G01N11/06
【公開號(hào)】CN105547922
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510921213
【發(fā)明人】曹炳陽, 楊敏
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日