專利名稱：用于檢測(cè)液體粘度的通道裝置和系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于器械裝置領(lǐng)域，特別涉及微流控粘度的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)。
背景技術(shù)：
粘度及其測(cè)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門(mén)都有著廣泛的應(yīng)用，例如在石油(原油開(kāi)采與輸運(yùn)，石油產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)定、油品的混合等)、化工(油漆、涂料、粘合劑、三大合成材料——塑料、橡膠、合成纖維等)、輕工(紡織、造紙、化妝品等)、食品(奶油、巧克力、果醬等)、建材(玻璃、陶瓷、水泥等)、煤炭、冶金(熔融金屬與礦渣等)等領(lǐng)域，粘度測(cè)量關(guān)系到控制生產(chǎn)流程，保證安全生產(chǎn)、控制與評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量等方面；特別在醫(yī)藥領(lǐng)域，血液流變性(包括血液粘度，血漿粘度等)直接影響到血液流動(dòng)的阻力，與人體多種生理病理過(guò)程密切相關(guān)，目前已經(jīng)是腦中風(fēng)、冠心病、高血壓、高血脂病、動(dòng)脈硬化等心腦血管疾病常用臨床檢測(cè)指標(biāo)之一，粘度檢測(cè)成為醫(yī)學(xué)診斷的重要手段之一。 近年來(lái)，隨著微流控芯片技術(shù)的興起，粘度測(cè)量在科學(xué)研究上的應(yīng)用也越來(lái)越受到人們的重視。微流控芯片(microfluidic chi p)是指通過(guò)微細(xì)加工技術(shù)將微通道、微泵、微閥、微儲(chǔ)液器、微電極、微檢測(cè)元件窗口和連接器等功能元件像集成電路一樣，使它們集成在芯片材料上；旨在將生物和化學(xué)等領(lǐng)域所涉及的樣品制備、生物與化學(xué)反應(yīng)、分離與檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析。研究芯片內(nèi)的流體流動(dòng)是影響微流控芯片的設(shè)計(jì)的重要因素之一，而流體的粘度關(guān)系到通道內(nèi)流體的流動(dòng)的精密控制，因此，粘度測(cè)量技術(shù)也成為研究者的重點(diǎn)之一。傳統(tǒng)粘度檢測(cè)方法主要有毛細(xì)管法和旋轉(zhuǎn)法兩種主流方法，毛細(xì)管法主要依據(jù)泊肅葉定律進(jìn)行測(cè)量，常用的是重力型毛細(xì)管法(主要用于石油產(chǎn)品中)，以及加壓型毛細(xì)管法等。毛細(xì)管法測(cè)量高分子溶液粘度是也測(cè)量高分子物質(zhì)分子量的重要方法。旋轉(zhuǎn)法粘度測(cè)量也是一種相對(duì)成熟的測(cè)量方法，通過(guò)檢測(cè)流體作用于物體的粘性力矩或物體的轉(zhuǎn)速不同來(lái)確定流體的粘度。國(guó)際上有許多知名品牌公司開(kāi)發(fā)了一系列旋轉(zhuǎn)式流變儀廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)行業(yè)中。針對(duì)不同物質(zhì)的測(cè)量要求，還有落球法、振動(dòng)法、平板法、粘度杯法及在此基礎(chǔ)上的各種改良方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，粘度測(cè)量方法也朝著微型化以及快速，精確的方向發(fā)展，近年來(lái)，有研究報(bào)道了許多新興的微型粘度計(jì)設(shè)計(jì)，這些微型粘度計(jì)用量只需要微升乃至納升級(jí)別，甚至可以測(cè)量細(xì)菌被膜的流變性質(zhì)，甚至細(xì)胞液的粘度也成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種粘度儀，所述粘度儀是以Poiseuille定律為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的微升級(jí)粘度檢測(cè)裝置和系統(tǒng)，精確度高，構(gòu)型簡(jiǎn)單。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為用于檢測(cè)液體粘度的通道裝置，所述通道裝置的功能單元包括測(cè)量主通道和緩沖通道，所述緩沖通道的一端與所述測(cè)量主通道連接且平行，所述緩沖通道的直徑大于測(cè)量主通道的直徑，所述緩沖通道的長(zhǎng)度小于測(cè)量主通道的長(zhǎng)度，所述測(cè)量主通道和緩沖通道為圓柱體通道。所述通道裝置含有至少一個(gè)功能單元，優(yōu)選集合多個(gè)所述功能單元。優(yōu)選的，所述通道裝置為微流控裝置，所述測(cè)量主通道長(zhǎng)度不少于4厘米，直徑為O. 15-1毫米；所述緩沖通道的直徑為所述測(cè)量主通道的10-20倍。所述通道裝置以透明材質(zhì)制備而成，選擇透明材質(zhì)便于觀察。當(dāng)測(cè)量主通道的長(zhǎng)度小于4厘米時(shí)，測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度變低；所述主通道的直徑選擇O. 15-1毫米，體現(xiàn)了“微量”的優(yōu)勢(shì)；但直徑小于O. 15毫米時(shí)，測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度變低。優(yōu)選的，所述測(cè)量主通道和緩沖通道為水平通道。水平通道可以降低液體勢(shì)差帶來(lái)的誤差。但退一步說(shuō)，微量級(jí)的液體勢(shì)差帶來(lái)的誤差本身較小。
優(yōu)選的，所述測(cè)量主通道的另一端連接有張力抵消通道。優(yōu)選的，所述張力抵消通道的直徑為緩沖通道的直徑的O. 9-1. I倍，所述張力抵消通道的長(zhǎng)度為緩沖通道的長(zhǎng)度的O. 9-1. I倍。優(yōu)選的，所述緩沖通道的另一端連接設(shè)置有進(jìn)液管。進(jìn)液管的設(shè)置可避免液體遺漏到微流控粘度儀之外的輔助設(shè)備上。優(yōu)選的，所述通道裝置由透明材質(zhì)制成。透明材質(zhì)便于觀測(cè)。含有所述的通道裝置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括恒溫裝置和置于恒溫裝置中的通道裝置，所述通道裝置的緩沖通道或進(jìn)液管連接有恒壓驅(qū)動(dòng)裝置，所述緩沖通道的上方安裝有視頻裝置。本發(fā)明的目的之二在于提供液體粘度的檢測(cè)方法，該方法是基于Poiseuille定律而來(lái)的，該方法誤差小，耗費(fèi)試劑小，具有很高的可重復(fù)性和高精確性?；谒龅耐ǖ姥b置測(cè)量液體粘度的方法，具體包括以下步驟A標(biāo)準(zhǔn)液和待測(cè)樣品的參數(shù)測(cè)量將已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)液以恒定壓力P加入所述通道裝置內(nèi)，所述標(biāo)準(zhǔn)液從所述緩沖通道流向所述測(cè)量主通道，觀測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)液流經(jīng)所述緩沖通道距離I和需要的時(shí)間t，其中，距離I記為Ip時(shí)間t記為;將待測(cè)樣品以恒定壓力P加入所述通道裝置內(nèi)，所述待測(cè)樣品從所述緩沖通道流向所述測(cè)量主通道，觀測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)液流經(jīng)所述緩沖通道距離I和需要的時(shí)間t，其中，距離I記為Im，時(shí)間t記為；B待測(cè)樣品的粘度計(jì)算將步驟A測(cè)得的1#、^、1_和^代入公式I中，求得待測(cè)樣品的粘度值；所述公式I中，η #為所述標(biāo)準(zhǔn)液的粘度值，為已知；n ■為所述待測(cè)樣品的粘度值η ；
權(quán)利要求
1.用于檢測(cè)液體粘度的通道裝置，其特征在于，所述通道裝置(5)包括測(cè)量主通道(I)和緩沖通道(2)，所述緩沖通道(2)的一端與所述測(cè)量主通道(I)連接且平行，所述緩沖通道⑵的直徑大于測(cè)量主通道⑴的直徑，所述緩沖通道⑵的長(zhǎng)度小于測(cè)量主通道(I)的長(zhǎng)度，所述測(cè)量主通道(I)和緩沖通道(2)為圓柱體通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通道裝置，其特征在于，所述測(cè)量主通道(I)長(zhǎng)度不少于4厘米，直徑為O. 15-1毫米；所述緩沖通道(2)的直徑為所述測(cè)量主通道(I)的10-20倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通道裝置，其特征在于，所述測(cè)量主通道(I)和緩沖通道(2)為水平通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通道裝置，其特征在于，所述測(cè)量主通道(I)的另一端連接有張力抵消通道(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通道裝置，其特征在于，所述張力抵消通道(3)的直徑為緩沖通道(2)的直徑的O. 9-1. I倍，所述張力抵消通道(3)的長(zhǎng)度為緩沖通道(2)的長(zhǎng)度的O. 9-1. I 倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通道裝置，其特征在于，所述緩沖通道(2)的另一端連通設(shè)置有進(jìn)液管⑷。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通道裝置，其特征在于，所述通道裝置由透明材質(zhì)制成。
8.基于權(quán)利要求I所述的通道裝置測(cè)量液體粘度的方法，其特征在于，具體包括以下步驟 A標(biāo)準(zhǔn)液和待測(cè)樣品的參數(shù)測(cè)量 將已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)液以恒定壓力P加入所述通道裝置內(nèi)，所述標(biāo)準(zhǔn)液從所述緩沖通道(2)流向所述測(cè)量主通道(I)，觀測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)液流經(jīng)所述緩沖通道(2)距離I和需要的時(shí)間t，其中，距離I記為時(shí)間t記為;將待測(cè)樣品以恒定壓力P加入所述通道裝置內(nèi)，所述待測(cè)樣品從所述緩沖通道(2)流向所述測(cè)量主通道(I)，觀測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)液流經(jīng)所述緩沖通道⑵距離I和需要的時(shí)間t,其中，距離I記為Iiw,時(shí)間t記為； B待測(cè)樣品的粘度計(jì)算 將步驟A測(cè)得的1_和七_(dá)代入公式I中，求得待測(cè)樣品的粘度值；所述公式I中，rI g為所述標(biāo)準(zhǔn)液的粘度值，為已知；rI ■為所述待測(cè)樣品的粘度值rI ;= -L· * Ii-η= I,— · t-: Io
9.基于權(quán)利要求I所述的通道裝置測(cè)量液體粘度的方法，其特征在于，具體包括以下步驟 A標(biāo)準(zhǔn)液和待測(cè)樣品的參數(shù)測(cè)量 將已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)液以恒定壓力P加入所述通道裝置(5)內(nèi)，所述標(biāo)準(zhǔn)液從所述緩沖通道(2)流向所述測(cè)量主通道(I)，觀測(cè)在規(guī)定的時(shí)間t內(nèi)所述標(biāo)準(zhǔn)液流經(jīng)所述緩沖通道(2)距離L，其中，距離L記為L(zhǎng)g ;將待測(cè)樣品以恒定壓力P加入所述通道裝置內(nèi)，所述待測(cè)樣品從所述緩沖通道(2)流向所述測(cè)量主通道(I)，觀測(cè)在規(guī)定的時(shí)間t內(nèi)所述標(biāo)準(zhǔn)液流經(jīng)所述緩沖通道(2)距離1，其中，距離I記為1 ； B待測(cè)樣品的粘度計(jì)算將步驟A測(cè)得的1#和I 代入公式II中，求得待測(cè)樣品的粘度值；所述公式II中，η#為所述標(biāo)準(zhǔn)液的粘度值，為已知；η ■為所述待測(cè)樣品的粘度值η ；
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于步驟A中，所述距離I用捕獲液體流動(dòng)的視頻裝置(7)測(cè)量，所述視頻裝置安裝有錄像軟件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述方法在恒溫條件下進(jìn)行。
12.含有權(quán)利要求I所述的通道裝置的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括恒溫裝置(6)和置于恒溫裝置(6)中的通道裝置(5)，所述通道裝置(5)的緩沖通道(2)或進(jìn)液管⑷連接有恒壓驅(qū)動(dòng)裝置，所述緩沖通道(2)的上方安裝有視頻裝置(7)。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物工程領(lǐng)域，特別涉及微流控粘度的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)，用于檢測(cè)液體粘度的通道裝置，所述通道裝置的功能單元包括測(cè)量主通道和緩沖通道，所述緩沖通道與所述測(cè)量主通道連接且平行，所述緩沖通道的直徑大于測(cè)量主通道的直徑，所述緩沖通道的長(zhǎng)度小于測(cè)量主通道的長(zhǎng)度，所述測(cè)量主通道和緩沖通道為圓柱體通道；所述通道裝置含有至少一個(gè)功能單元，優(yōu)選集合多個(gè)所述功能單元；粘度的測(cè)定方法是基于Poiseuille定律的公式求得的；本裝置為微升級(jí)裝置，準(zhǔn)確度和精確度高；本方法可重復(fù)性高，采用的試劑少，可用于牛頓流體和非牛頓流體的測(cè)定。
文檔編號(hào)G01N11/06GK102944500SQ20121044125
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者蔡紹皙, 鄒米莎, 趙振禮, 樊欣, 陳龍聰, 陳斯佳, 趙毅, 何騰龍, 李博, 柯明 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)