CN111215160A - 一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，属于微流控领域。本发明将光敏传感器沿水平方向粘贴在芯片的一侧边上，光敏传感器对准芯片中的液体通道，芯片的另一侧设置有两个激光源，两个激光源在水平方向上位于光敏传感器左右两端之间；本发明基于吸光比浊法的原理，在液滴形成并行进液体通道上即主直通道设置光敏传感器，根据一段距离上两处不同位置的频率波动时间差计算得到液滴在液体通道中的速度，在理论及实验研究中可以更加精确的计算各项参数，本测量方法适合不同形式的微通道结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，属于微流控领域。
背景技术
微反应器将反应空间受限在尺寸范围为数十到数百微米的通道内部。该尺度下反应体系具有高的比表面积和高的传质性能，不仅可以通过精确的过程控制大幅度地缩短反应时间和降低样品消耗，更重要的是以微反应器为基本单元直接进行数量的增加便可实现模块的集成，进而实现高通量的产品可控制备，从而避免了传统反应器直接几何放大导致的难于预期的非理想行为。但是由于液体在管道当中会受到摩擦阻力做功，会有一定的能量损失，从而在管道内部的局部速度与流体入口的速度不相符，会导致实验数据的偏差。
为此，设计一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，来准确的测量微流控系统中的局部液滴在管道中的局部速度，能在实验中更加精确的表达连续相的速度，从而更好的进行无量纲数Ca的计算，从而对液滴的融合、形状进行分析。
发明内容
本发明提供一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，用于解决现有的液滴微流控反应器连续相液滴速度不能测量的问题。
本发明采用的技术方案是：一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，将光敏传感器7沿水平方向粘贴在芯片6的一侧边上，光敏传感器7对准芯片6中的液体通道5，芯片6的另一侧设置有两个激光源，两个激光源2在水平方向上位于光敏传感器7左右两端之间。
通过注射泵1将不同液体注入液体通道5中，液体在液体通道5中形成液滴，当液滴通过第一个激光源2照射到光敏传感器7上位置的时候进行光的折射，引发光敏传感器，从而产生电信号到光敏处理器8，产生一个频率的波动，当相同的液滴通过到第二个激光源2照射到光敏传感器7上位置的时候，进行光的折射，引发光敏传感器，从而产生电信号到光敏处理器8，产生一个频率的波动，通过计算机9的得到两个频率变化所间隔的时间t，根据速度公式计算求得液体通道5中液滴的速度v=s/t，s为两个激光源2之间的间隔距离。
本发明的有益效果是：
1、本发明使用基于吸光比浊法的光敏传感器测量连续相液滴的速度。在成本上，只需要将光敏传感器贴合在微流控芯片上，且不用再通道内增添任何其他结构，可谓是将成本降至了最低。在测速方面，通过光信号转化为电信号的即时性在计算机上形成频谱，能够快速的获得连续相液滴在通道中的局部速度。
2、本发明使用PDMS材料制作芯片，材料透光性好、生物相容性佳以及良好的化学惰性，该材料韧性比较高，弹性好。光敏传感器价格便宜且该装置使用简单，成本低，值得广泛推广，使用的光敏传感器成本便宜，使用十分方便，适用范围广泛。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图1中各标号：1-注射泵，2-激光源，3-液体入口Ⅰ，4-液体入口Ⅱ，5-液体通道，6-芯片，7-光敏传感器，8-光敏处理器，9-计算机，10-玻璃基片，11-液体出口，12-液滴收集装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，主要基于吸光比浊法的原理，在液滴形成并行进液体通道5上（即主直通道）设置光敏传感器7，根据一段距离上两处不同位置的频率波动时间差计算得到液滴在液体通道5中的速度，本测量方法适合不同形式的微通道结构，只要在液滴形成并行进的通道上测量即可，具体的设置及测量方法如下：将光敏传感器7沿水平方向粘贴在芯片6的一侧边上，可方便拆卸，根据实际需要将其固定在不同位置上，光敏传感器7对准芯片6中的液体通道5，芯片6的另一侧设置有两个激光源，两个激光源2在水平方向上位于光敏传感器7左右两端之间。
通过注射泵1将不同液体注入液体通道5中，液体在液体通道5中形成液滴，当液滴通过第一个激光源2照射到光敏传感器7上位置的时候进行光的折射，引发光敏传感器，从而产生电信号到光敏处理器8，产生一个频率的波动，当相同的液滴通过到第二个激光源2照射到光敏传感器7上位置的时候，进行光的折射，引发光敏传感器，从而产生电信号到光敏处理器8，产生一个频率的波动，通过计算机9的得到两个频率变化所间隔的时间t，根据速度公式计算求得液体通道5中液滴的速度v=s/t，s为两个激光源2之间的间隔距离。
实施例2：本实施例中将液体通道5设计成T形通道来对本方法进行详细说明，如图1所示，芯片6设置在玻璃基片10上，液体通道5设置在芯片6上，液体通道5的起始端设有液体入口Ⅱ4，液体通道5起始端的一侧垂直方向上设有液体入口Ⅰ3，液体通道5的末端设有液体出口11，液滴出口11通过管道连通到液滴收集装置12，光敏传感器7通过连接线连接到光敏处理器8，光敏处理器8通过连接线连接到计算机9。
其中芯片6和液体通道5均采用PDMS（聚二甲基硅氧烷）材料制成。由于整个芯片6是由PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料构成的，材料透光性好，便于实验时观察流体的流动特性，生物相容性佳以及良好的化学惰性，该材料韧性比较高，弹性好，耐久性和耐压性比较高。该装置使用简单，成本低，是一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。光敏传感器7可以很灵敏的感受到光的变化，从而能更精确的测得两液滴所间隔的时间，从而求得连续相液滴的速度。
其中芯片6长度为25mm，宽度为10mm，厚度为5mm；所述液体通道5高度为0.1mm，宽度为0.1mm；所述液体入口Ⅰ3、液体入口Ⅱ4和液体出口11的直径均为0.1mm；所述液体入口Ⅱ4与其同方向的液体出口11之间的水平距离为12mm；所述光敏传感器7长度为10mm，光敏传感器7左端与液体入口Ⅱ4的水平距离为2mm；左侧的激光源距离光敏传感器7左端的水平距离为1mm，右侧的激光源距离光敏传感器7右端的水平距离为1mm，两个激光源2之间相距8mm。
注射泵1给液体进口Ⅰ3中注入油相，液体入口Ⅱ4注入水相，两者在T型管道由于分散相受到连续相的粘性剪切力、界面张力等作用，形成液滴。当液滴通过第一个激光源2照射到光敏传感器7的位置的时候，由于液滴与连续相浓度不同，会进行光的折射，与原先没有液滴通过的光的折射角产生一定的偏差，由此引发光敏传感器7，从而产生电信号到光敏处理器8，光敏处理器8将信号传输到计算机9形成可视化频谱，当相同的液滴进行到第二个被激光源照射的位置的时候，同样由于连续相与液滴浓度的不同，同样会产生一个光的折射，由此引发光敏传感器7，从而由于光信号的变化引起电信号的变化，由此同样光敏处理器8将信号传输到计算机9形成可视化频谱，通过计算机的得到两个频率变化所间隔的时间t，由于两个激光源2所间隔的距离s已知，根据速度公式从而计算求得微通道中连续相液滴的速度v=s/t。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，其特征在于：将光敏传感器（7）沿水平方向粘贴在芯片（6）的一侧边上，光敏传感器（7）对准芯片（6）中的液体通道（5），芯片（6）的另一侧设置有两个激光源（2），两个激光源（2）在水平方向上位于光敏传感器（7）左右两端之间；
通过注射泵（1）将不同液体注入液体通道（5）中，液体在液体通道（5）中形成液滴，当液滴通过第一个激光源（2）照射到光敏传感器（7）上位置的时候进行光的折射，引发光敏传感器，从而产生电信号到光敏处理器（8），产生一个频率的波动，当相同的液滴通过到第二个激光源（2）照射到光敏传感器（7）上位置的时候，进行光的折射，引发光敏传感器，从而产生电信号到光敏处理器（8），产生一个频率的波动，通过计算机（9）的得到两个频率变化所间隔的时间t，根据速度公式计算求得液体通道（5）中液滴的速度v=s/t，s为两个激光源（2）之间的间隔距离。
2.根据权利要求1所述的基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，其特征在于：所述芯片（6）设置在玻璃基片（10）上，液体通道（5）设置在芯片（6）上，液体通道（5）的起始端设有液体入口Ⅱ（4），液体通道（5）起始端的一侧垂直方向上设有液体入口Ⅰ（3），液体通道（5）的末端设有液体出口（11）。
3.根据权利要求1或2所述的基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，其特征在于：所述芯片（6）和液体通道（5）均采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成。
4.根据权利要求2所述的基于吸光比浊法的微反应器通道中液滴速度的测量方法，其特征在于：所述芯片（6）长度为25mm，宽度为10mm，厚度为5mm；所述液体通道（5）高度为0.1mm，宽度为0.1mm；所述液体入口Ⅰ（3）、液体入口Ⅱ（4）和液体出口（11）的直径均为0.1mm；所述液体入口Ⅱ（4）与其同方向的液体出口（11）之间的水平距离为12mm；所述光敏传感器（7）长度为10mm，光敏传感器（7）左端与液体入口Ⅱ（4）的水平距离为2mm；左侧的激光源距离光敏传感器（7）左端的水平距离为1mm，右侧的激光源距离光敏传感器（7）右端的水平距离为1mm，两个激光源之间相距8mm。
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