[发明专利]一种微量液体流变粘度特性测试与质量测量的装置和方法

说明书

本发明公开了一种微量液体流变粘度特性测试与质量测量的装置和方法，包括功率可调信号发生器、声表面波驱动传感模块、信号检测模块、开关选择阵列模块和开关阵列。声表面波驱动传感模块包括温控部件，紧贴在温控部件上表面的压电基底，沉积在压电基底上表面的叉指换能器和金属反射栅，及键合在金属反射栅表面的微通道。功率可调信号发生器加载信号至叉指换能器产生声表面波，将声表面波作用于微通道中的液滴，测量液滴流动速度、距离和反射栅输出信号的幅度来反应微量液体流变粘度特性；测量功率可调信号发生器信号和反射栅输输出信号相位差来反应微量液滴的质量。本发明的有益效果是只要微量液滴即可完成液体流变粘度特性、质量等多参数的测试。

技术领域

本发明涉及仪器仪表、信号检测、传感器领域，具体为一种微量液体流变粘度特性测试与质量测量的装置和方法。

背景技术

很多液体，如甘油、牛奶、胶原蛋白纺丝溶液等都具有流变粘度特性。血液、体液、细胞变形规律、卵细胞受精、细胞分裂等都存在着流变现象。和甘油、牛奶等液体相比，血液在凝血过程中的流变粘度特性会随着时间的推移而发生变化。流变粘度特性的不同，往往作为一种指标依据进行相关内容的判断。例如，血液粘稠会影响营养物质和氧气的运送，进而引起脂肪和胆固醇的吸附，促进动脉血管硬化；血液凝血过程异常可导致出血障碍或血栓性疾病的风险，如中风、心脏病、肺栓塞、深静脉血栓形成等；通过对牛奶流变特性的测定，可以鉴别成品的优劣，并且为工艺及设备的设计提供有关数据等。因此对液体的流变粘度特性进行评估有重要的意义。

测试液体流变粘度等特性的常用商用方法有旋转流变仪、毛细管法、振动法、落球法等。旋转法只能测试静态液体，不能测定流动液体的粘度。这些方法除毛细管法以外，均需要消耗较多的试剂，并且测试精度越高，设备越昂贵复杂。Asaf等人设计了一种基于毛细管效应的粘度测试仪器(Capillary viscometer for fully automated measurement ofthe concentration and shear dependence of the viscosity of macromolecularsolutions[J].Analytical Chemistry，2012,84(24):10732-6)。而这种方法一般需要辅助一些外加的设备进行辅助测试分析。毛细管法虽然测量精度高，但为了得到不同剪切速率下的粘度值，需要使用不同长径比的毛细管，并且量化过程较为复杂。流变粘度等特性的测试结果还与温度紧密相关，上述方法在温度控制上也难以实现精确的控制。针对商用检测方法的不足，各种技术的方法也相继提出。

顾豪爽等(用于粘度测试的微流控芯片及制作方法[P]，申请号：CN201610325200.3)提出了用于粘度测试的微流控芯片，但加工方法过于复杂。刘本东等(一种基于PDMS正压驱动的粘度测试微流控芯片及制作方法[P]，申请号：CN201710870419.6)提出了正压驱动的粘度测试微流控芯片，但只能通过流过的长度判断粘度情况，不能实时反映流动液体的流变特性变化情况。基于声表面波的液体粘度特性也相继被提出{(翟奎修，王晓丹，王磊等.基于声表面波传感器的液体运动粘度测量方法[J].压电与声光，2011，33(5)：691-694)、(吴鹏.基于声表面波传感技术的血凝检测系统研究[J].天津：河北工业大学，2008)、(喻洪麟，吴永烽，王远干.SAW传感器在智能血凝仪中的应用[J].传感技术学报，2006，19(4)：970-972,975)}。这类方法采用水平剪切波进行粘度测量，产生的声表面波振动方向和压电基底平行，即机械声波只能与液体下表面接触，而不能穿透液体。因此不能和液体有效接触，并不能有效反应液体粘度等特性。陈星等(基于微小血液样品的血液粘弹力测定装置及方法[P]，申请号：CN201610273669.7)采用瑞利波表声面波实现血液粘弹力测试。与水平剪切波相比，虽然产生的声机械波和压电基底垂直，但通过振荡频率反应血液变化，无法通过推动液体实时检测量，并不能全面反应各参数的特性，尤其是流变动态特性，因此只能实现静态的测试，对动态测试无能为力。

发明内容