CN107976154B - 一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法，属于微流控技术领域，该方法利用激光激发液体中的荧光试剂，通过测得的荧光强度来反应通道壁面之间的间距，再进一步转化成通道壁面轮廓。配制溶液；拍摄荧光强度；构建壁面轮廓；本方法得到的是微通道上下两壁面之间的间距，若要得到微通道壁面的整体轮廓，必须要上下两壁面中的至少一个壁面为平整壁面；本方法只适用于微通道上/下壁面中有一个壁面为平整壁面，另一个壁面为不平整壁面的情况，不适用于两个壁面都为不平整的情况。

Description

一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于激光诱导的荧光强度来测量通道上下壁面间距，进而得到壁面轮廓的方法，属于微流控技术领域。
背景技术
微流控技术通过在微米或纳米尺度上对流体进行一系列操作来实现特定功能，该技术涉及力学、化学、物理学和生物学等多个基础学科领域，并可以将各学科所包含的基本功能集成到特定芯片上。微流控技术具有特征尺度小、消耗试剂少、反应速度块、检测效率高以及体系稳定封闭等优点，目前已经在酶活性检测、生物组织培养、材料合成、化学反应观察等方面实现成功应用。
微流控芯片中各种功能是通过设计不同结构来实现的。对于一般微流控结构来说，系统尺度降低到微米级别，流速处于1μm/s～1cm/s，特征长度处于1～100μm，计算得到的雷诺数小于100(一般处于10-6～10)，液体主要以层流为主，因此，可以很方便地通过微通道结构来对流体进行精确控制。常规微流控芯片中，通道的截面形状为矩形或圆形；而很多新型微通道结构中，通道壁面呈现为不平整的形状，受限型液滴在通道中运动时，两相界面与通道壁面紧密贴合，液滴受到通道壁面的限制而发生变形。为了分析液滴在微通道中的运动情况与液滴受限状况之间的关系，需要知道通道壁面的轮廓形式。通常的光学显微镜能够看清通道在俯视方向的结构，但无法用于形貌变化方向垂直于观察方向的情况，本发明提供的利用荧光强度来测量通道上/下壁面轮廓的方法可以填补这一空白。
发明内容
本发明采用的技术方案为一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法，该方法利用激光激发液体中的荧光试剂，通过测得的荧光强度来反应通道壁面之间的间距，再进一步转化成通道壁面轮廓。具体操作流程如下：
S1、配制溶液；
取5ml罗丹明试剂放置于烧杯中，逐渐加入200ml去离子水，再搅拌均匀；
S2、拍摄荧光强度；
将罗丹明试剂通入到要测量的微通道中，罗丹明试剂的填满微通道，并将溢出的罗丹明试剂进行擦拭；由于罗丹明试剂被Micro-piv系统波长为532纳米的激光激发，用Micro-piv系统拍摄微通道测量处的罗丹明试剂浓度，提取相应荧光强度。
由于很多微流控芯片的制作材质是多孔性质的PDMS即聚二甲基硅氧烷，罗丹明试剂在与微通道接触一段时间后会被微通道吸收，并将微通道内部染色，为避免对后续拍摄结果造成干扰，罗丹明试剂通入后要即刻用Micro-piv系统进行拍摄，减少微通道与罗丹明试剂接触时间；
S3、构建壁面轮廓
将S2中提取的荧光强度中最弱的地方标定为0，此处即微通道壁面间距最小；将荧光强度最强的地方标定为1，此处即微通道壁面间距最大。由于罗丹明试剂在溶液中是均匀分布的，所以微通道深度与罗丹明试剂的浓度成正比；而罗丹明试剂的浓度又与荧光强度成线性关系，即微通道上下壁面间距与荧光强度成正比。已知标定后的荧光强度最大最小值以及对应的通道深度，通过荧光强度的分布图换算出通道深度的分布图。
即荧光强度Y＝比例系数k*通道深度X，通过荧光强度的最大最小值以及相应的通道深度，确定比例系数k，然后根据任意点的荧光强度换算出对应点的通道深度。
本方法得到的是微通道上下两壁面之间的间距，若要得到微通道壁面的整体轮廓，必须要上下两壁面中的至少一个壁面为平整壁面；本方法只适用于微通道上/下壁面中有一个壁面为平整壁面，另一个壁面为不平整壁面的情况，不适用于两个壁面都为不平整的情况。
附图说明
图1是本发明利用激光激发通道内荧光试剂的示意图。
图2是激光激发下的通道俯视图。
图3是图2中提取的荧光强度分布图。
图4是修正后的荧光强度分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法的工作过程和作用效果进行详细说明。
S1、配制溶液
取5ml罗丹明试剂放置于烧杯中，逐渐加入200ml去离子水，再搅拌均匀，此时罗丹明试剂的分子在溶液中均匀分布，如图1所示；
要将红色罗丹明试剂稀释到几乎没有颜色，罗丹明试剂分子的浓度不能太高，否则后续激光激发下的荧光强度都比较高，导致通道不同高度的区分度不明显；
S2、拍摄荧光强度
将罗丹明试剂通入到要测量的微通道中，试剂的量填满通道即可，并将流出的试剂擦掉；用Micro-piv系统拍摄测量处的荧光试剂，如图2所示；提取相应的荧光强度。
由于很多微流控芯片的制作材质是多孔性质的，如PDMS，罗丹明试剂在其中放置太久后会被吸收到通道中，将通道内部染色，对后续的拍摄结果造成干扰，所以罗丹明试剂通入后要立即用Micro-piv系统进行拍摄，尽量减少通道与试剂的接触时间；
S3、构建壁面轮廓
将S2中提取的荧光强度中最弱的地方标定为0，即壁面间距最小的地方；将荧光强度最强的地方标定为1，即壁面间距最大的地方。由于荧光试剂在溶液中是均匀分布的，所以通道深度与荧光试剂的浓度成正比，而荧光试剂的浓度又与荧光强度成正比，即通道上下壁面间距与荧光强度成正比。标定后的荧光强度分布图即为通道上下两壁面间距的分布图，如图3所示，已知标定的最大最小值，通过差值得到任意点的具体高度。
S4、检查结果
由于通道外的部分也会被荧光照亮，比如图2右下角是亮的，由此得到的相应的通道也存在高度，但是该部分在通道外侧，其高度应该为0，所以需要将该部分修正一下，得到的最终轮廓如图4所示。
本发明提供的测量方法其实是得到的上下两壁面之间的间距，所以要想得到壁面轮廓，必须要其中一个壁面为平整壁面。即本发明只适用于上/下壁面有一面为平整壁面，另一侧为不平整壁面的情况，不适用于两面都为不平整的情况。

Claims (3)

1.一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法，其特征在于：该方法利用激光激发液体中的荧光试剂，通过测得的荧光强度来反应通道壁面之间的通道深度，再进一步转化成通道壁面轮廓；具体操作流程如下：
S1、配制溶液；
取5ml罗丹明试剂放置于烧杯中，逐渐加入200ml去离子水，再搅拌均匀；
S2、拍摄荧光强度；
将罗丹明试剂通入到要测量的微通道中，罗丹明试剂的填满微通道，并将溢出的罗丹明试剂进行擦拭；由于罗丹明试剂被Micro-piv系统波长为532纳米的激光激发，用Micro-piv系统拍摄微通道测量处的罗丹明试剂浓度，提取相应荧光强度；
由于很多微流控芯片的制作材质是多孔性质的PDMS即聚二甲基硅氧烷，罗丹明试剂在与微通道接触一段时间后会被微通道吸收，并将微通道内部染色，为避免对后续拍摄结果造成干扰，罗丹明试剂通入后要即刻用Micro-piv系统进行拍摄，减少微通道与罗丹明试剂接触时间；
S3、构建壁面轮廓；
将S2中提取的荧光强度中最弱的地方标定为0，此处即微通道壁面深度最小；将荧光强度最强的地方标定为1，此处即微通道壁面深度最大；由于罗丹明试剂在溶液中是均匀分布的，所以微通道深度与罗丹明试剂的浓度成正比；而罗丹明试剂的浓度又与荧光强度成线性关系，即微通道上下壁面深度与荧光强度成正比；已知标定后的荧光强度最大最小值以及对应的通道深度，通过荧光强度的分布图换算出通道深度的分布图。
2.根据权利要求1所述的一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法，其特征在于：荧光强度Y＝比例系数k*通道深度X，通过荧光强度的最大最小值以及相应的通道深度，确定比例系数k，然后根据任意点的荧光强度换算出对应点的通道深度。
3.根据权利要求1所述的一种基于荧光强度的通道上/下壁面轮廓的测量方法，其特征在于：本方法得到的是微通道上下两壁面之间的深度，若要得到微通道壁面的整体轮廓，必须要上下两壁面中的至少一个壁面为平整壁面；本方法只适用于微通道上/下壁面中有一个壁面为平整壁面，另一个壁面为不平整壁面的情况，不适用于两个壁面都为不平整的情况。
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