一种基于微米/纳米通道的微量粘度计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种微量粘度计，具体涉及一种基于微米/纳米通道的微量粘度计。
【背景技术】
[0002] 粘度是流体重要的物理特性之一，现有的粘度测量方法主要有毛细管法、落体法、 旋转法、振动法、平板法等。由于毛细管法简单实用，因此目前基于毛细管法设计的测量装 置的应用范围较广。毛细管法的原理是哈根-泊肃叶公式，通过外部压力驱动流体流过毛细 管，测出毛细管两端的压差和流体的流量，并加以修正，就可以计算得到流体的粘度。目前 基于毛细管法测量粘度的装置存在的主要问题有:压差、流量的精确测量较为困难，另外测 量所需要的实验液体较多（测量装置中毛细管内径一般为mm量级，所需实验液体在几十毫 升），但有时所能提供的实验液体却非常有限（血液或者某些生理液体样品一般为几十微 升）。这些都给毛细管法测量技术的发展带来了挑战，因此，迫切需要发展新技术、新思路来 解决毛细管法测量过程中遇到的难题。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于微米/纳米通道 的微量粘度计，具有所需液体量极少，装置简单，操作简单、便于携带，测量迅速的特点。
[0004] 为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0005] -种基于微米/纳米通道的微量粘度计，包括电源1，电源1分别与温控系统2和进 样系统3连接，进样系统3处于温控系统2内部，由温控系统2控制进样系统3及其中液体的温 度;进样系统3与深度为微米/纳米量级通道4的入口连接，微米/纳米量级通道4的出口直通 大气;微米/纳米量级通道4位于数据测量及处理模块5内部，数据测量及处理模块5的输出 与显示模块6的输入连接，数据测量及处理模块5用于数据测量和计算液体粘度，由数据显 示模块6显示粘度计算结果;温控系统2、进样系统3和数据测量及处理模块5的控制端与控 制模块7连接。
[0006] 所述的数据测量及处理模块5包括数据测量模块8和与之连接的数据处理模块16， 数据测量模块8包括有依次并列的两组以上的光电组件，相邻两组光电组件相距1M1 - 100μ m，每组光电组件包括一光发射器和一光吸收器，光发射器和光吸收器分别放置在微米/纳 米通道4两侧，光发射器、光吸收器的输出和计时电路9的输入连接，计时电路9的输出和数 据处理模块16的输入连接。
[0007] 所述的微米/纳米量级通道4为一次性使用。
[0008] 所述的数据测量及处理模块5能够在10秒内完成测量及处理，无需施加压力差，依 据LW模型，根据流动距离与时间的关系，计算得到液体的粘度。
[0009] 本发明的有益效果为:将深度为微米/纳米量级的通道作为毛细管来减少实验液 体的使用，通过毛细压力驱动流体流动，省去压差测量系统，基于液体在毛细管中流动时满 足的LW模型，通过置于毛细管路旁的计时电路系统，测量出液体在毛细管中不同时刻的流 动距离，结合LW模型从而计算得到液体的粘度值，具有以下优点；
[0010] 深度为微米/纳米量级通道4所需液体量极少，可以小于ΙμL;微米/纳米量级通道4 为一次性使用，避免感染，不需要清洗装置，而且通道加工技术成熟;装置简单，流体在毛细 压力驱动下流入微米/纳米量级通道4，不需要外部加压装置，不需要压力测量部件;操作简 单、便于携带。测量迅速，测量及数据处理可以在10秒内完成，血液等生物样品无须添加抗 凝试剂。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明实施例的结构示意图。
[0012]图2为图1中数据测量及处理模块5的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
[0014] 参照图1，一种基于微米/纳米通道的微量粘度计，包括电源1，电源1分别与温控系 统2和进样系统3连接，进样系统3处于温控系统2内部，由温控系统2控制进样系统3及其中 液体的温度;进样系统3与深度为微米/纳米量级通道4的入口连接，微米/纳米量级通道4的 出口直通大气;微米/纳米量级通道4位于数据测量及处理模块5内部，数据测量及处理模块 5的输出与显示模块6的输入连接，数据测量及处理模块5用于数据测量和计算液体粘度，由 数据显示模块6显示粘度计算结果;温控系统2、进样系统3和数据测量及处理模块5的控制 端与控制模块7连接。
[0015] 参照图2,所述的数据测量及处理模块5包括数据测量模块8和与之连接的数据处 理模块16,数据测量模块8包括依次并列的第一光电组件10、第二光电组件11、第三光电组 件12、第四光电组件13、第五光电组件14、第六光电组件15，相邻两组光电组件相距1 μπι- 100μπι，每组光电组件包括一光发射器和一光吸收器，光发射器和光吸收器分别放置在微 米/纳米量级通道4两侧，用来测量不同时刻液体流动距离，光发射器、光吸收器的输出和计 时电路9的输入连接，计时电路9的输出和数据处理模块16的输入连接。在测量过程中，液体 在毛细力作用下流过微米/纳米量级通道4,当第一组光电组件10检测到微米/纳米量级通 道4中的液体端面经过时，计时电路9记录下时间，同理，第二光电组件11、第三光电组件12、 第四光电组件13、第五光电组件14、第六光电组件15分别在液体端面经过时记录下时间，数 据最终传输到数据处理模块16中，数据处理模块16计算得到液体的粘度。
[0016] 所述的微米/纳米量级通道4为一次性使用。
[0017] 所述的数据测量及处理模块5能够在10秒内完成测量及处理，无需施加压力差，依 据LW模型，根据流动距离与时间的关系，计算得到液体的粘度。
[0018] 本发明的工作原理为：
[0019] 将进样系统3中的微量注射栗取下，吸取待测液体样品，之后将微量注射栗放入进 样系统3;打开电源1和控制模块7,开启温控模块2,待其稳定工作，进样系统3将待测液体送 到微米/纳米量级通道4入口处，液体在毛细力作用下流入微米/纳米量级通道4，数据测量 及处理模块5对不同时刻液体的距离进行测量，过程如下：液体端面经过光电组件10时，计 时电路9记录下该时刻t，同理，光电组件11、12、13、14、15分别记录液体端面流过时的时刻 ^山、丨4、匕丨6，得到6组流动距离1与时间七的数据，所有数据均传输到数据处理模块16中， 根据LW模型（当通道的高度远小于宽度时，即h〈〈w)
[0020] /(/)=： --V/ V 3"
[0021] 式中，l(t)是t时刻液体的流动距离，h是通道深度，Θ是液体与通道壁面间的接触 角，〇LV和η分别是液体的表面张力和动力粘度。假设上式中液体的粘度η、接触角在流动过 程中不变，那么流动长度l(t)与t 1/2成正比，通道深度h、表面张力系数〇LV以及接触角是容 易测量得到的，因此只要测出一组1~t就可以反算出液体的粘度n， σ,, hcosO,
[0022]
[0023]该值被传输到数据显示模块6进行显示，流动过程持续l_2s，因此该测量及处理过 程可以在10s内完成。对于非牛顿流体，本方法可根据修正LW模型或CHH十算获得流体粘度 与剪切率的关系。
【主权项】
1. 一种基于微米/纳米通道的微量粘度计，包括电源（1)，电源（1)分别与温控系统（2) 和进样系统(3)连接，其特征在于:进样系统(3)处于温控系统(2)内部，由温控系统(2)控制 进样系统（3)及其中液体的温度;进样系统（3)与深度为微米/纳米量级通道(4)的入口连 接，微米/纳米量级通道(4)的出口直通大气;微米/纳米量级通道(4)位于数据测量及处理 模块(5)内部，数据测量及处理模块(5)的输出与显示模块(6)的输入连接，数据测量及处理 模块(5)用于数据测量和计算液体粘度，由数据显示模块(6)显示粘度计算结果;温控系统 (2)、进样系统(3)和数据测量及处理模块(5)的控制端与控制模块(7)连接。2. 根据权利要求1所述的一种基于微米/纳米通道的微量粘度计，其特征在于:所述的 数据测量及处理模块(5)包括数据测量模块(8)和与之连接的数据处理模块(16)，数据测量 模块(8)包括有依次并列的两组以上的光电组件，相邻两组光电组件相距lMi - 100μπι，每组 光电组件包括一光发射器和一光吸收器，光发射器和光吸收器分别放置在微米/纳米通道 (4)两侧，光发射器、光吸收器的输出和计时电路(9)的输入连接，计时电路(9)的输出和数 据处理模块(16)的输入连接。3. 根据权利要求1所述的一种基于微米/纳米通道的微量粘度计，其特征在于:所述的 微米/纳米量级通道(4)为一次性使用。4. 根据权利要求1所述的一种基于微米/纳米通道的微量粘度计，其特征在于:所述的 数据测量及处理模块(5)能够在10秒内完成测量及处理，无需施加压力差，依据LW模型，根 据流动距离与时间的关系，计算得到液体的粘度。
【专利摘要】一种基于微米/纳米通道的微量粘度计，包括电源，电源分别与温控系统和进样系统连接，进样系统处于温控系统内部，由温控系统控制进样系统及其中液体的温度；进样系统与深度为微米/纳米量级通道的入口连接，微米/纳米量级通道的出口直通大气；微米/纳米量级通道位于数据测量及处理模块内部，数据测量及处理模块的输出与显示模块的输入连接，数据测量及处理模块用于数据测量和计算液体粘度，由数据显示模块显示粘度计算结果；温控系统、进样系统和数据测量及处理模块的控制端与控制模块连接，本发明所需液体量极少，装置简单，操作简单、便于携带，测量迅速。
【IPC分类】G01N11/06
【公开号】CN105547922
【申请号】CN201510921213
【发明人】曹炳阳, 杨敏
【申请人】清华大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月11日