[發明專利]一種基于微氣泡的微通道內壓強測試方法

有效

• 申請號: 201811594025.3
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109738113B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 范亮亮;趙治;趙亮;趙宏
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L13/00
• 分類號: G01L13/00
• 代理公司: 61215 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 何會俠

一種基于微氣泡的微通道內壓強測試方法：恒溫環境向微通道液體內注入不相溶的微氣泡，微氣泡體積隨微通道內壓強變化而變化；結合顯微鏡與高速攝像機拍攝通道不同位置處微氣泡圖像，計算微氣泡體積及體積相對變化，或通過超聲波、射線等方式直接測量微通道不同位置處微氣泡體積，獲得微氣泡體積相對變化；基于氣體狀態方程，利用微氣泡體積相對變化，計算微通道內不同位置處壓強相對變化；微通道出口連通外界大氣，確定出口處壓強值；通過微通道內不同位置處壓強相對變化與微通道出口處壓強值，計算微通道不同位置處壓強或不同位置間壓差。本發明測量方便、操作簡單、精度高、對微通道結構無破壞，在生物醫學、微型芯片集成等領域有重要應用價值。

技術領域

本發明涉及一種壓強測試方法，具體涉及一種基于微氣泡的微通道內壓強測試方法。

背景技術

微尺度通道內壓強測試在生物醫學、微型芯片集成等領域有著重要的應用價值。如人體中分布著大量的毛細血管，直徑常處于微米級別，血液在這些微尺度通道中流動。通過準確測量毛細血管中的壓強分布可以研究血栓形成和發展時毛細血管內的血液流動狀況，有助于揭示毛細血管內血栓的形成和發展過程與機理。除此之外，微通道內的壓降是微流控芯片集成過程中需要考慮的一個重要因素。對微流控芯片上的各個微通道內的壓強進行準確測量對于芯片有效集成和保證微流控芯片發揮正常功能有著重要的意義。

目前，對微通道內壓強測試的方法主要包括傳統差壓計式壓強測量方法、壓敏涂料法、光學薄膜檢測法、壓強微膜傳感器法等方法。傳統的差壓計式壓強測量方法通過在微通道出入口開孔連接差壓計進行壓強測量，新開孔的引入會產生額外的局部阻力損失，從而引入新的測量誤差。另外，新開孔對原來的微通道具有不可逆破壞性。壓敏涂料法需要在微通道內布置復雜的壓敏材料，光學薄膜法和壓強微膜傳感器法需要在微通道內布置特殊的壓力測試組件，加工與操作較為復雜。因此，發展一種精度高、測量方便、操作簡單、對微通道結構無破壞的微通道內壓強測試方法，對于生物醫學、微型芯片集成等領域中的相關研究與應用有著非常重要的意義。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明目的在于提供一種基于微氣泡的微通道內壓強測試方法，具有精度高、測量方便、操作簡單、對微通道結構無破壞等優點，在生物醫學、微型芯片集成等領域，具有巨大的應用潛力。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于微氣泡的微通道內壓強測試方法，包括如下步驟：

步驟A：向微通道的流體內注入不相溶的微氣泡，在微尺度表面張力的作用下，微氣泡將沿微通道中心對稱分布，且微氣泡與微通道壁面間存在一層液膜，使得微氣泡與微通道固體壁面相互不接觸，微氣泡的體積隨微通道內不同位置處的壓強變化而變化；

步驟B：通過顯微鏡與高速攝像機相結合，拍攝微通道不同位置處的微氣泡圖像，通過微通道不同位置處的微氣泡的圖像，計算微氣泡的體積及體積相對變化；或通過超聲波或射線方式直接測量微通道不同位置處的微氣泡體積，獲得不同位置處的體積相對變化；

步驟C：通過氣體狀態方程，基于微氣泡體積相對變化，計算微通道內不同位置處的壓強相對變化；

步驟D：微通道出口與外界大氣相連通，確定通道出口處靜壓強為當地大氣壓；

步驟E：通過微通道內不同位置處的壓強相對變化與微通道出口處的壓強值計算微通道不同位置處的壓強或不同位置間的壓差，實現對微通道內不同位置處的壓強或不同位置間壓差的測量。

本發明和現有技術相比較，具有如下優點：

1)測量方便，操作簡單。本發明僅需向微通道內注入不溶于液體的微氣泡，基于壓強與微氣泡體積的影響作用，通過微氣泡的體積變化，便可實現對微通道內不同位置處壓強及不同位置間壓差的測量，具有測量方便、操作簡單的優點。