[發明專利]一種超微小流量液體的流量檢測芯片及檢測方法

有效

• 申請號: 202010414818.3
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111504406B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 李經民;劉沖;馬強;余晴;姜楠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01F1/708
• 分類號: G01F1/708;B01L3/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發明屬于超微小流量液體檢測技術，具體涉及一種超微小流量液體的流量檢測芯片及檢測方法。流量檢測芯片包括檢測液體入口、檢測液體出口、第二液體入口和微通道。將待檢測的液體通過檢測液體入口注入到芯片的微通道中，待檢測液體全部注滿芯片后在第二液體入口注入少量第二液體，將第二液體入口密封，再將待檢測液體繼續通入芯片中，在顯微鏡下持續觀察不同時刻待檢測液體與第二液體分界面的位置，根據觀測的時間和界面位置計算出待檢測液體體積流量。本發明操作簡單，測量成本低、精度高。

技術領域

本發明屬于超微小流量液體檢測技術，具體涉及一種超微小流量液體的流量檢測芯片及檢測方法。

背景技術

目前對微小流量的尚無十分明確的定義和界限，在不同的領域存在不同的劃分。在微小流體器件和醫療器械流量測量等領域中，按照體積流量的大小可分為小流量、微小流量和超微小流量三類，其中體積流量范圍在幾百mL/min到幾千mL/min稱為小流量；體積流量范圍在幾mL/min到幾百mL/min稱為微小流量；體積流量范圍在1mL/min甚至幾nL/min稱為超微小流量。

在制造業中使用的流量測量儀表的測量原理大體是差壓式、面積式、容積式、渦輪式、電磁式的流量計等。但在超微小流量的測量中，尤其是體積流量在nL/min量級時，由于流體的動能甚小會導致檢測靈敏度變化、穩定度不夠、響應速度不足、復線性差等問題，因此較難用傳統的測量方法測量超微小的大小。

當前對超微小流量的測量方法主要有質量法和微粒子成像法(Micro-PIV)。其中質量法主要使用超精密天平測量在一段時間內的待測液體的質量累計變化計算從而求得流量，但較難測量出在nL/min級別的流量值。微粒子成像法是在流場中放入流動跟隨性好的示蹤粒子，在顯微鏡下對示蹤粒子進行觀測并記錄一段時間間隔內的粒子位移情況，最后通過圖像分析技術得到流場的速度信息從而求得流量大小。微粒子成像法對實驗設備要求精度較高，由于引入了示蹤粒子和圖像處理，在操作步驟上也相對繁瑣。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種設備簡單、容易操作的用芯片檢測超微小流量的方法，以達到nL/min級別的體積流量的檢測。

為解決上述技術問題本發明采用如下技術方案：

一種超微小流量液體的流量檢測芯片，檢測芯片上對稱刻蝕有多組通道，每組通道包括微通道1、檢測液體入口3、第二液體入口4和檢測液體出口2；所述的微通道1的兩端分別通過過渡通道與檢測液體入口3和檢測液體出口2連通，所述第二液體入口4與檢測液體入口3和微通道1之間的過渡通道連通。

所述微通道1為橫截面積恒定的微小溝道，且具有多段往復的結構，形成S形，用于增加溝道長度；過渡通道與微通道1的寬度和深度一致；微通道1的寬度和深度根據初步估計的待檢測液體的流量確定，具體如下：

初步估計的待檢測液體的體積流量Q_V為：

其中，Q_V為體積流量，Δl為時間Δt內待檢測液體與第二液體分界面前進的距離，w為微通道寬度，h為微通道深度，Δt為時間。

定義q為待檢測液體與第二液體分界面前進寬度比：

其中，q＝0.5-1.5；

根據公式(1)和公式(2)確定微通道1的寬度和深度的關系：

Q_V＝q×w²×h (3)

再結合流量檢測芯片制造過程中的深寬比要求，確定微通道深度后即可確定微通道的寬度。

所述微通道1一側為透明或半透明狀態，便于顯微鏡觀察微通道1內第二液體分界面流動情況。