[發明專利]一種微納米纖維素的動態表征方法

有效

• 申請號: 201710574739.7
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107561080B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 曾勁松;陳克復;陳魯
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;深圳中科飛測科技有限公司
• 主分類號: G01N21/85
• 分類號: G01N21/85;G01B11/02;G01B11/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種微納米纖維素的動態表征方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)將微納米纖維素懸浮液進行間歇式超聲處理，處理時間5-10min，時間間隔3S；

(2)使用微注射器向微納米級別的微流通道中注入經過步驟(1)處理后的微納米纖維素懸浮液；

(3)調整顯微鏡的物鏡來保證微流通道在顯微鏡的視野內且該微流通道是一個清晰的成像，然后在顯微鏡下觀察微納米纖維素在微流通道中的流動情況，以確認微納米纖維素在通道中是流動的并保持一定合適的速度；

(4)使用顯微鏡直連的CCD相機拍攝微流通道中的微納米纖維素，拍攝過程中保持所有位置不變以減少誤差，拍攝過后移動載物臺來測量不同位置的微流通道內微納米纖維素的有關參數；

(5)將CCD相機拍攝的照片傳輸至計算機中處理圖像數據，根據圖像上微納米纖維素與水分的像素粒子灰度不同將它們區別開來；通過在微納米纖維素輪廓繪制最小外接矩形和內切圓計算微納米纖維素的長度和直徑；通過多張幀圖中微納米纖維素的中心點位移，計算出微納米纖維素的速度；通過計算在一定時間內流過微納米纖維素的數量，來對數量進行統計；

步驟(5)中，包括對微納米纖維素識別的方法，具體包括下述步驟：

微納米纖維素懸浮液中的微納米纖維素經過光源照射，產生微弱的散射光，在CCD相機上成像后，微納米纖維素的輪廓與背景不同，其中心偏亮，邊緣偏暗，當微納米纖維素在視場中運動時，在連續的幀圖中，微納米纖維素是沿著流場方向不斷運動的，而懸浮液和背景在觀測過程中的光學特性穩定不會有任何變化，所以在多張連續幀圖中甚至整個視頻中，背景在CCD上的成像是不變的，從而在視頻中識別出運動的微納米纖維素。

2.根據權利要求1所述微納米纖維素的動態表征方法，其特征在于，步驟(1)具體為：

將0.1％濃度的微納米纖維素懸浮液進行間歇式超聲處理，間歇式超聲處理時間為10min，超聲處理條件為超聲時間3s，間歇時間3s，功率300W，溫度0-4℃。

3.根據權利要求1所述微納米纖維素的動態表征方法，其特征在于，步驟(3)中，保持一定合適的速度中速度的范圍是0-200um/s，如果不在該速度范圍之內，需要一段時間來等待通道內的速度降低。

4.根據權利要求1所述微納米纖維素的動態表征方法，其特征在于，步驟(4)中，拍攝過后移動載物臺來測量不同位置的微流通道內微納米纖維素的有關參數，包括微納米纖維素的長度、直徑、速度和數量參數。

5.根據權利要求1所述微納米纖維素的動態表征方法，其特征在于，步驟(5)中，計算微納米纖維素長度和直徑的方法如下：

在任一幀圖像中，通過背景差異可識別出微納米纖維素，由于其灰度值與背景顏色的差異，通過選定的灰度閾值勾出微納米纖維素的輪廓，確定微納米纖維素在此幀圖中的輪廓，并在該微納米纖維素的輪廓上繪制一個最小外接矩形將微納米纖維素包絡在內，此矩形的長邊即是微納米纖維素的長度，并以像素作為單位來記錄長度信息；另外在微納米纖維素的輪廓內做內切圓，內切圓的直徑即為微納米纖維素的直徑，并以像素作為單位來記錄直徑信息；

依據顯微鏡的放大倍率確定的視場大小，以及CCD的分辨率，就可以得知，在已獲得的圖像中，利用一個像素來描述實際中多小的單位長度，由此將像素單位換算為長度單位。

6.根據權利要求1所述微納米纖維素的動態表征方法，其特征在于，步驟(5)中，計算微納米纖維素速度的方法如下：

在識別出某特定的微納米纖維素后，確定微納米纖維素的成像輪廓的中心點位置，在相鄰的兩幀圖像中，分析同一個微納米纖維素的中心點的位移變化，從而得知在特定時間間隔內，微納米纖維素中心點的位移，然后通過V＝S/t計算得到這一時刻該微納米纖維素的移動速度，而穩定的流場中，通過多張幀圖的連續分析，取均值即可得到微納米纖維素移動的勻速度。

7.根據權利要求1所述微納米纖維素的動態表征方法，其特征在于，步驟(5)中，統計微納米纖維素速度的方法如下：

由于微納米纖維素在流動的液體中都是從視場的一側流入，從另一側流出，在微納米纖維素從流入一側開始，系統在視場內邊緣識別到的微納米纖維素即是第一張，在識別該微納米纖維素后，每一幀都識別出來，并追蹤直至其消失在視場的另一側，并將此微納米纖維素計數為1，由此類推，同時進行多個目標的識別追蹤，在一定時間段內，就會累計一定數量的微納米纖維素，系統自動以識別出微納米纖維素的順序對微納米纖維素進行標號，標號方法是：在視場中按順序進入的微納米纖維素分別標記為1，2，3，4...n，從1開始，那么截止到視頻結束，系統標識的微納米纖維素序號也就是視頻中識別到的微納米纖維素數。