[發明專利]一種實時測量微液滴/氣泡在通道中運動時流阻的裝置和方法

有效

• 申請號: 201910033544.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109682574B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 逄燕;周強;劉趙淼;王翔;王颶
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種實時測量微液滴/氣泡在通道中運動時流阻的裝置和方法，本發明通過改變通道上游側壁面，增加流通方向與待測主通道平行的對比通道和壓力對比接口，通過比較對比接口處兩通道液體交界面位移大小和方向來實時指示液滴或氣泡在通道中運動時通道的流阻變化。裝置上半部分包含微液滴/氣泡生成通道、壓力對比通道和壓力測試口，下半部分為待測通道和對比直通道，出口處連接大氣。整個測量裝置不需測量儀器，只需測量出微液滴/氣泡生成通道連續相流量、對比通道流量以及實時監測微液滴/氣泡在通道中運動時交界面變化即可實時測量出其通道流阻的變化，反應的靈敏度高，測量便捷。

技術領域

本發明涉及一種測量微液滴/氣泡在未知通道流動時實時流阻的裝置及使用方法。本發明屬于微流控芯片中微液滴/氣泡技術領域。

背景技術

近年以來，隨著微流控技術的迅速發展，以微液滴/氣泡為核心的多相微流控技術也得到了越來越多的關注。微液滴體積小、速度快、比表面積大等優點使其被廣泛應用于物理、化學、生物以及多學科交叉領域，對于微液滴/氣泡生成和流動的控制會直接影響到其應用價值。

在多相微流控技術中，微液滴/氣泡在通道中的運動會帶來通道流阻實時的變化。測量微液滴/氣泡運動對通道流阻的變化能進一步研究液滴/氣泡在通道中運動的機理，改善和調控多相微流控系統中的流動狀況；流阻的測量也可以用于指導微液滴/氣泡生成的控制，提高或降低液滴在通道中運動的流阻可以達到控制通道中液滴運動的作用，進一步提高微液滴/氣泡的可控性。

已有的微液滴/氣泡運動流阻的實時測量方法需要實時監測通道中的流量和實時測量待測通道之間的壓降。其中壓降的實時測量需要將微型化的傳感器嵌入到微通道中來得到測量點之間的壓降，兼容性較差使得系統相對復雜，其次測量位置的限制導致裝置只能測量單向流的壓降；且由于傳感器尺寸較大，一些結構復雜尺寸較小的微流控芯片傳感器難以較好嵌入。本發明利用多支路通道中的流動關系，提出一種微液滴/氣泡的流阻測量方法。

發明內容

本發明通過改變通道上游側壁面，增加流通方向與待測主通道平行的對比通道和壓力對比接口，通過比較對比接口處兩通道液體交界面位移大小和方向來實時指示液滴或氣泡在通道中運動時通道的流阻變化。

本發明采用的技術方案為一種實時測量微液滴/氣泡在通道中運動時流阻的裝置。裝置可采用光刻硅片為模板，PDMS澆筑、鍵合形成，也可以采用其它方法、材料加工形成。裝置上半部分包含微液滴/氣泡生成通道、壓力對比通道和壓力測試口，下半部分為待測通道和對比直通道，出口處連接大氣。其中裝置待測通道能夠根據所需要測量流阻的通道個性化設計，現采用待測通道為直通道情況進行說明：

如附圖1，右側為液滴/氣泡生成通道，液滴/氣泡分散相流體從入口2流入，未染色的連續相由入口1流入；左側為壓力對比通道,染色連續相從入口3流入；中間為壓力對比測試口，入口3和入口1流入的連續相在此處交匯形成交界面；右下側為待測直通道；下端為出口4，流體均由出口4流出。入口3連續相和入口1連續相采用相同流體，為使在壓力測試口處形成交界面，對比通道流體根據流體的性質采用適宜染色劑染色。交界面上移說明上半部分流阻相對減小，反之則相對增大。交界面的位移能實時的反應流阻的變化，下面對實時流阻的變化值進行推導計算：