CN105277559A - 针对压强可调流场的显微成像装置 - Google Patents

针对压强可调流场的显微成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对压强可调流场的显微成像装置，包括：测压模块、施压模块、密封流道模块、管道、以及显微镜，其中：施压模块通过管道与密封流道模块相连，在密封流道模块充满流体的情况下向密封流道模块提供静水压强；测压模块包括两部分，第一部分连接到施压模块顶部以测量施压模块顶部所施加的气压，第二部分连接到密封流道模块内的流道中样品附近以测量流动静压；以及流道下壁设置有放置样品的位置，显微镜的镜头设置为面向流道上壁的视窗。

Description

针对压强可调流场的显微成像装置
技术领域
本发明涉及显微成像装置。更具体地，本发明涉及一种针对压强可调流场的显微成像装置。
背景技术
为了了解在不同的压强下，不同流速对微纳米表面结构的浸润特性的影响，通常需要在定量加压(减压)和定量流速下利用显微成像技术进行测量。现有技术中，通常需要利用光刻硅片的方法得到规则排列的微米圆柱孔。图1为一种硅片材料的激光共聚焦显微镜二维扫描图。如图1所示，微米圆柱孔规则排列在硅片上，图中每一个圆代表一个微米圆柱孔。圆柱孔直径为50微米，深度为40微米。针对水下实验环境，观测不同压强下，流体不同流速对微结构中气层的影响。利用激光共聚焦显微镜进行精确的三维成像测量。在测量过程中，由于要使液体流过微米孔上表面，且要进行加压减压，因此，要将硅片放置在可以密封的流道之中。且要保证流道规则可以使得流场稳定。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种针对压强可调流场的显微成像装置，包括：测压模块、施压模块、密封流道模块、管道、以及显微镜，其中：施压模块通过管道与密封流道模块相连，在密封流道模块充满流体的情况下向密封流道模块提供静水压强；测压模块包括两部分，第一部分连接到施压模块顶部以测量施压模块顶部所施加的气压，第二部分连接到密封流道模块内的流道中样品附近以测量流动静压；以及流道下壁设置有放置样品的位置，显微镜的镜头设置为面向流道上壁的视窗。
可选地，该显微成像装置还包括可调速动力模块，连接在施压模块与密封流道模块之间。
本发明的另一个方面提供了一种与显微镜配合使用的装置，包括：测压模块、施压模块、密封流道模块、以及管道，其中：施压模块通过管道与密封流道模块相连，在密封流道模块充满流体的情况下向密封流道模块提供静水压强；测压模块包括两部分，第一部分连接到施压模块顶部以测量施压模块顶部所施加的气压，第二部分连接到密封流道模块内的流道中样品附近以测量流动静压；以及流道下壁设置有放置样品的位置，显微镜的镜头设置为面向流道上壁的视窗。
可选地，该装置还包括可调速动力模块，连接在施压模块与密封流道模块之间。
可选地，施压模块包括储水槽和施压装置，储水槽与所述管道连接，施压模块包括高压空气瓶或者真空泵，通过向储水槽中的流体施压来提供静水压强。
可选地，密封流道模块内的流道具有长方形横截面，在该流道的入口段包括圆形渐变成长方形的过度段，在该流道的出口段包括长方形渐变圆形的过度段，该流道沿流向中间区域下壁包括用于安置待测样品的凹陷，该流道在样品正上方的上壁包括用于设置视窗的凹陷。
可选地，在流道的下壁中，分别沿流向在样品前方和后方垂直于该下壁设置两个测压孔。
可选地，流道由上下两部分组合构成，为有机玻璃制造。流道的上下两部分之间用硅胶垫进行密封。
可选地，测压模块的第一部分包括压力传感器，通过导气管连接到施压模块顶部。测压模块的第二部分包括另一压力传感器，通过毛细管连接到流道。
可选地，可调速动力模块包括蠕动泵及蠕动泵的附加导管。
附图说明
图1是一种硅片材料的激光共聚焦显微镜二维扫描图。
图2是根据本发明实施例的针对压强可调流场的显微成像装置。
图3是根据本发明实施例的显微成像装置的密封流道示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种针对压强可调流场的显微成像装置。如图2所示，所述装置包括：测压模块21、施压模块22、密封流道模块23、可调速动力模块24、管道25、以及显微镜26。
其中，施压模块22通过管道25与密封流道模块23、可调速动力模块24相连，将密封流道模块23、可调速动力模块24充满流体，并向其提供静水压强。测压模块21分为两部分，第一部分测压模块_1连接在施压模块22顶部，可测施压模块顶部所施加的气压，第二部分测压模块_2连接在流道中样品附近，可测流动静压。测量施压模块22的气压的测压模块_1包括压力传感器，通过导气管连接到施压模块21，以测量施压模块顶部所施加的气压。测量密封流道内流体静压的测压模块_2通过例如内径2mm的毛细管道连接到密封流道，通过另一压力传感器测量密封流道内流体的静压。可调速动力模块24为整个系统提供稳定的、可调控流速的流动。可调速动力模块24包括蠕动泵及其附加导管构成。通过调节蠕动泵，可以精确的调控流速。
图3示出了密封流道模块23的示意图。如图3所示，密封流道模块23包括一横截面为长方形的流道32，由于连接流道的管道25的横截面为圆形，所以在流道的入口段做了圆形渐变成长方形的过度段31，在其出口段做了长方形渐变圆形的过度段35，使得流场更加稳定。流道沿流向中间区域底部，安置待测量的样品34，样品正上方，是一个粘有镀有光学增透薄膜的盖玻片的视窗33，显微镜26的共聚焦显微镜镜头在流场外部、通过视窗33观测待测样品。流道32在靠近样品处设置有两个测压孔(未示出)，测压模块_2可以经由该测压孔测量局部水流静压。
根据本发明的实施例，施压模块22可以包括储水槽和施压装置。储水槽通过管道25与可调速动力模块24和密封流道模块23连接。施压装置例如包括高压空气瓶或者真空泵，通过向储水槽中的流体施压来提供静水压强。
根据本发明的实施例，流道32由上下两部分组合构成，为有机玻璃制造。上下部分之间用硅胶垫进行密封，形成流道。
根据本发明的实施例，两个测压孔分别沿流向位于样品前方和后方的流道32的下壁中且垂直于该下壁。
根据本发明的实施例，为了使得流道平整，流道安放待测样品的位置向下凹陷样品厚度，使样品上表面与流道底面平齐。
根据本发明的实施例，为了使得流道平整，流道顶部安放镀增透膜盖玻片视窗的位置向上凹陷镀增透膜盖玻片的厚度，使盖玻片下表面与流道顶面平齐。根据本发明的实施例，在盖玻片两侧镀增透观测用激光的增透膜。例如，当观测使用561nm激光时，为了消除盖玻片对激光的反射，在盖玻片两侧镀增透561nm激光的增透膜。
在实际的应用过程中，为了对比不同气压下，流动不同流速的效果，首先，将硅片样品34放置在流道32底部的凹槽内，样品34的上表面与流道底面平齐。安装好流道并将其相对于显微镜26在合适位置固定。使用施压模块22的水槽向流道32中注满流体，利用共聚焦显微镜26透过视窗33对硅片样品34照射561nm的激光，由于硅片34与水面有反光性，利用激光共聚焦显微镜26收集反射信号并成像。实验要对微米圆柱孔进行施压并使得液体流动，因此需要整个系统处于密封状态，且要使流动稳定。利用高压气瓶(真空泵)在储水槽的顶部加压(减压)，利用在储水槽顶部的压力传感器进行检测并调控。使用可调速动力模块24调整流体的流动速度。在流动速度和压强稳定的情况下，使用激光共聚焦显微镜26，透过视窗33观测待测样品34表面结构的演变过程。由于显微镜镜头不进入流场，使得显微镜镜头在拍摄时的上下移动不至于影响流场，很好的保证了流场品质；同时，装置也没有禁锢显微镜镜头，不影响其正常的对Z轴进行扫描。由于流动并且加压(减压)，流体会渐渐渗入(渗出)圆柱孔。通过对微米圆柱孔XZ方向的扫描可以得到液面位置的变化信息，这样可以得到在不同压强下，不同流速下液面移动的速度，进而研究压强、流速和液面移动速度的关系。
这样，本发明提供了一种能够定量改变压强和流动流速的显微成像装置。该显微成像装置能够在不对流场进行干扰的情况下利用共聚焦显微镜观测流场中微结构气液界面的形貌演变，所得图像质量好和测量精度高。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种针对压强可调流场的显微成像装置，包括：测压模块、施压模块、密封流道模块、管道、以及显微镜，其中：
施压模块通过管道与密封流道模块相连，在密封流道模块充满流体的情况下向密封流道模块提供静水压强；
测压模块包括两部分，第一部分连接到施压模块顶部以测量施压模块顶部所施加的气压，第二部分连接到密封流道模块内的流道中样品附近以测量流动静压；以及
流道下壁设置有放置样品的位置，显微镜的镜头设置为面向流道上壁的视窗。
2.根据权利要求1所述的显微成像装置，还包括可调速动力模块，连接在施压模块与密封流道模块之间。
3.根据权利要求1或2所述的显微成像装置，其中：
施压模块包括储水槽和施压装置；
储水槽与所述管道连接；以及
施压装置包括高压空气瓶或者真空泵，通过向储水槽中的流体施压来提供静水压强。
4.根据权利要求1或2所述的显微成像装置，其中：
密封流道模块内的流道具有长方形横截面；
在该流道的入口段包括圆形渐变成长方形的过度段，在该流道的出口段包括长方形渐变圆形的过度段；
该流道沿流向中间区域下壁包括用于安置待测样品的凹陷；
该流道在样品正上方的上壁包括用于设置视窗的凹陷。
5.根据权利要求1或2所述的显微成像装置，其中：
在流道的下壁中，分别沿流向在样品前方和后方垂直于该下壁设置两个测压孔。
6.根据权利要求1或2所述的显微成像装置，其中：
流道由上下两部分组合构成，为有机玻璃制造；以及
流道的上下两部分之间用硅胶垫进行密封。
7.根据权利要求1或2所述的显微成像装置，其中：
测压模块的第一部分包括压力传感器，通过导气管连接到施压模块顶部；以及
测压模块的第二部分包括另一压力传感器，通过毛细管连接到流道。
8.根据权利要求2所述的显微成像装置，其中：
可调速动力模块包括蠕动泵及蠕动泵的附加导管。
9.一种与显微镜配合使用的装置，包括：测压模块、施压模块、密封流道模块、以及管道，其中：
施压模块通过管道与密封流道模块相连，在密封流道模块充满流体的情况下向密封流道模块提供静水压强；
测压模块包括两部分，第一部分连接到施压模块顶部以测量施压模块顶部所施加的气压，第二部分连接到密封流道模块内的流道中样品附近以测量流动静压；以及
流道下壁设置有放置样品的位置，显微镜的镜头设置为面向流道上壁的视窗。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括可调速动力模块，连接在施压模块与密封流道模块之间。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其中：
施压模块包括储水槽和施压装置；
储水槽与所述管道连接；以及
施压装置包括高压空气瓶或者真空泵，通过向储水槽中的流体施压来提供静水压强。
12.根据权利要求9或10所述的装置，其中：
密封流道模块内的流道具有长方形横截面；
在该流道的入口段包括圆形渐变成长方形的过度段，在该流道的出口段包括长方形渐变圆形的过度段；
该流道沿流向中间区域下壁包括用于安置待测样品的凹陷；
该流道在样品正上方的上壁包括用于设置视窗的凹陷。
13.根据权利要求9或10所述的装置，其中：
在流道的下壁中，分别沿流向在样品前方和后方垂直于该下壁设置两个测压孔。
14.根据权利要求9或10所述的装置，其中：
流道由上下两部分组合构成，为有机玻璃制造；以及
流道的上下两部分之间用硅胶垫进行密封。
15.根据权利要求9或10所述的装置，其中：
测压模块的第一部分包括压力传感器，通过导气管连接到施压模块顶部；以及
测压模块的第二部分包括另一压力传感器，通过毛细管连接到流道。
16.根据权利要求9或10所述的显微成像装置，其中：
可调速动力模块包括蠕动泵及蠕动泵的附加导管。
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