CN117470922A - 介电常数/电导率的测量方法、测量设备及标准品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种介电常数/电导率的测量方法、测量设备及标准品，该介电常数/电导率的测量方法能够根据已知介电常数/电导率的微粒或者溶液，确定待测溶液或者待测微粒的介电常数/电导率。本发明中，通过介电泳效应，根据已知介电常数的多种微粒或溶液，观测微粒在介电泳力下的移动情况，得到待测溶液或微粒的介电常数。该测量方法直接观测判读结果，无需信号转换以及计算系统，实现可视化测量，更加直观快速；无需高灵敏的电流电压等电学检测设备，降低了检测成本；免校准，降低了人为误差；直接对微粒进行测量，降低了间接误差。
Description
技术领域
本发明实施例涉及介电常数/电导率测量技术领域，尤其涉及一种介电常数/电导率的测量方法、测量设备及标准品。
背景技术
介电常数是一种材料物理性质的度量，表示了材料对电场的响应能力。在电学中，其是电容器介质材料的重要参数，可以调节电容器储存和释放电荷的能力。在化学中，介电常数是溶剂的重要性质，它表征溶剂溶解溶质和分离离子的能力，介电常数大的溶剂具有分离离子和溶剂化的能力。在生物中，生物介电常数也可以反应细胞的生存状态，疾病情况等等。介电常数与材料的电极化能力、导电性、磁性以及光学性能等方面息息相关，在材料科学和工程上有着广泛的应用。
电导率，也可以称为导电率。电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。
目前的介电常数/电导率的测量设备都是通过高灵敏的电压电流等仪表测量，设备成本高且体积大，并且为了准确性，还需预校准，容易引入人为误差。
发明内容
本发明实施例提供一种介电常数/电导率的测量方法、测量设备及标准品，用于解决现有的介电常数/电导率的测量设备检测成本高且容易引入人为误差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种溶液介电常数/电导率的测量方法，包括：
获取混合有多种微粒的待测溶液，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
将所述混合有多种微粒的待测溶液添加到测量设备的溶液槽中；
检测所述测量设备的电极未施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况；
检测所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第二分布情况；
根据所述第一分布情况和所述第二分布情况，确定所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的未发生移动的目标微粒；
确定所述待测溶液的介电常数/电导率为所述目标微粒的介电常数/电导率。
可选地，所述微粒的直径为10-100微米。
可选地，不同种类的微粒的以下一种或多种不同：颜色、透明度、直径、标记。
第二方面，本发明实施例提供了一种溶液介电常数/电导率的测量设备，用于测量待测溶液的介电常数/电导率，所述测量设备包括：
相对设置的上基板和下基板；
电极，设置于所述上基板和/或所述下基板上；
溶液槽，设置于所述上基板和所述下基板之间，用于容纳混合有多种微粒的待测溶液，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
供电模块，与所述电极连接，用于向所述电极施加电压。
可选地，所述上基板和/或下基板为透明基板；
和/或
所述电极为透明电极。
可选地，所述上基板和所述下基板之间的间距为所述微粒的直径的1-2倍。
可选地，所述电极分别设置于所述上基板和下基板上，所述上基板和所述下基板上的电极包括一个或多个，且所述上基板和所述下基板上的电极一一对应；
或者
所述电极设置于所述上基板或下基板上，所述上基板或所述下基板上的电极包括至少两个，且两两对应；
或者
所述电极分别设置于所述上基板和下基板上，所述上基板和所述下基板上的电极被划分成多个分区，不同分区的相同序号的电极相连构成电极组，所述上基板和所述下基板上的电极组一一对应。
第三方面，本发明实施例提供了一种微粒介电常数/电导率的测量方法，包括：
获取测量设备，所述测量设备包括多个溶液槽，不同溶液槽中容纳有不同的溶液，所述不同的溶液的介电常数/电导率已知，所述多个溶液槽内的不同的溶液的介电常数/电导率呈梯度排列；
将待测微粒放置到所述测量设备的流路管道中，所述流路管道依次连接所述多个溶液槽；
驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况；
根据所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，确定所述待测微粒的介电常数/电导率。
可选地，根据所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，确定所述待测微粒的介电常数/电导率，包括：
若所述待测微粒在目标溶液槽内不向电极方向发生偏移，确定所述待测微粒的介电常数/电导率为所述目标溶液槽内的溶液的介电常数/电导率；
或者
若所述待测微粒在目标溶液槽和所述目标溶液槽的上一溶液槽内发生偏移的方向相反，确定所述待测微粒的介电常数/电导率位于所述目标溶液槽内的溶液的介电常数/电导率和所述目标溶液槽的上一溶液槽内的溶液的介电常数/电导率之间。
可选地，驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，包括：
从第一个所述溶液槽开始，驱动所述待测微粒从所述流路管道流入当前溶液槽，并对当前溶液槽对应的电极施加电压；
判断所述待测微粒是否向电极的方向偏移；
若所述待测微粒向电极方向移动，关闭对当前溶液槽对应的电极施加的电压，确定下一个所述待测微粒从所述流路管道流过当前所述溶液槽，并流入下一个溶液槽；返回所述判断所述待测微粒是否向电极的方向移动的步骤，直至所述待测微粒不向电极方向发生偏移，或者，在当前溶液槽和上一个溶液槽中的移动方向相反；
或者
驱动所述待测微粒流入所有所述溶液槽内，并所有所述溶液槽对应的电极施加电压；
检测所述待测微粒在各所述溶液槽内的移动情况。
可选地，驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，包括：
驱动所述待测微粒从所述流路管道流入所述溶液槽内预设时间之后，对所述测量设备的电极施加电压。
第四方面，本发明实施例提供了一种微粒介电常数/电导率的测量设备，其特征在于，用于测量待测微粒的介电常数/电导率，所述测量设备包括：
相对设置的上基板和下基板；
电极，设置于所述上基板和/或所述下基板上；
供电模块，与所述电极连接，用于向所述电极施加电压；
多个溶液槽，设置于所述上基板和所述下基板之间，不同溶液槽中容纳有不同的溶液，所述不同的溶液的介电常数/电导率已知，所述多个溶液槽内的不同的溶液的介电常数/电导率呈梯度排列；
流路管道，依次连接所述多个溶液槽，用于输送所述待测微粒流入所述溶液槽内；
驱动模块，用于驱动所述待测微粒流入所述溶液槽内。
可选地，所述上基板和/或下基板为透明基板；
和/或
所述电极为透明电极。
可选地，所述电极分别设置于所述上基板和下基板上，所述上基板和所述下基板上的电极包括一个或多个，且所述上基板和所述下基板上的电极一一对应；
或者
所述电极设置于所述上基板或下基板上，所述上基板或所述下基板上的电极包括至少两个，且两两对应；
或者
所述电极分别设置于所述上基板和下基板上，所述上基板和所述下基板上的电极被划分成多个分区，不同分区的相同序号的电极相连构成电极组，所述上基板和所述下基板上的电极组一一对应。
可选地，所述测量设备还包括：
多个外部溶液瓶，与所述多个溶液槽一一对应连接，所述外部溶液瓶中容纳有与对应的所述溶液槽内的溶液相同的溶液，用于对对应的所述溶液槽补充溶液。
第五方面，本发明实施例提供了一种用于介电常数/电导率测量的标准品，包括：
微粒集合，包括多种微粒，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
或者，
溶液集合，包括多种溶液，所述多种溶液的介电常数/电导率已知，且多种溶液的介电常数/电导率不同。在本发明实施例中，通过介电泳效应，根据已知介电常数的多种微粒或溶液，观测微粒在介电泳力下的移动情况，得到待测溶液或微粒的介电常数。该测量方法直接观测判读结果，无需信号转换以及计算系统，实现可视化测量，更加直观快速；无需高灵敏的电流电压等电学检测设备，降低了检测成本；免校准，降低了人为误差；直接对微粒进行测量，降低了间接误差。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的剖视图；
图3为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的俯视图；
图4为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的电极的结构示意图之一；
图5为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的电极的结构示意图之二；
图6为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量方法的流程示意图；
图7为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的电极未施加电压的情况下，电极周围的所述微粒的第一分布情况的示意图；
图8为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的电极施加电压的情况下，电极周围的所述微粒的第二分布情况的示意图；
图9为本发明实施例的微粒介电常数/电导率的测量设备的剖视图；
图10为本发明实施例的微粒介电常数/电导率的测量设备的俯视图；
图11为本发明实施例的微粒介电常数/电导率的测量方法的流程示意图；
图12为本发明实施例的微粒介电常数/电导率的测量设备的电极未施加电压的情况下微粒的分布示意图；
图13为本发明实施例的微粒介电常数/电导率的测量设备的电极施加电压的情况下微粒的分布示意图之一；
图14为本发明实施例的微粒介电常数/电导率的测量设备的电极施加电压的情况下微粒的分布示意图之二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的“/”表示“或”的含义。本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，说明书以及权利要求中使用“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，例如A和/或B，表示包含单独A，单独B，以及A和B都存在三种情况。
下面对本发明涉及的原理进行说明。
微粒在溶液中，在非均匀电场下会诱导产生偶极子，偶极子与电场之间相互作用，产生介电泳力，使微粒发生移动。在非均匀电场中作用于微粒的介电泳力FDEP可近似表示为：
其中，α代表微粒半径，εm表示溶液的介电常数，是外加电场E的梯度，Re[k(w)]表示CM(克劳修斯-莫索提)因子k(ω)的实部，其值取决于溶液与微粒之间的复合介电常数，范围在-0.5～1之间，决定微粒在非均匀电场中的运动方向，其中：
ε′＝ε-jσ/ω (2)
其中，ε′为复合介电常数，ε′p、ε′m分别为微粒和溶液的复合介电常数，ε为静态介电常数，σ为电导率，ω为施加电场的角频率。当外加电场为直流电场时，角频率ω趋于无穷大，此时微粒与溶液的复合介电常数即为静态介电常数ε，j为复数。当微粒与溶液的介电常数相同时，微粒所受介电泳力为0，微粒不发生移动；微粒的介电常数大于溶液的时，微粒向电场强度大的方向移动；反之，当微粒的介电常数小于溶液的时，粒子运动趋向于电场强度小的方向。即，微粒的移动与否，移动的方向与溶液和微粒的复合介电常数相关。
因此，根据上述原理，通过观察非均匀电场中微粒的移动情况就可以判断微粒的介电常数与溶液介电常数的大小关系，那么：1.选择多种已知介电常数的微粒与待测溶液混合，将其放置于可产生非均匀电场的测量设备上，最终测量设备上无论电场如何变化都不发生移动的微粒即与待测溶液的介电常数是一样的，从而可以确定待测溶液的介电常数；2.选择系列梯度变化的已知介电常数的溶液，驱动待测微粒依次从不同溶液流过，在介电常数小的溶液中，微粒移向电场大的方向，随着溶液的介电常数变大，待测微粒逐步出现不移动，发生不移动的位置对应的溶液的介电常数就是待测微粒的介电常数。
同时，根据上述公式(2)可以看出，微粒的移动与否，移动的方向，除了与溶液和微粒的静态介电常数有关外，还与电导率相关。通过观察非均匀电场中微粒的移动情况也可以判断微粒的电导率与溶液电导率的大小关系，那么：1.选择多种已知电导率的微粒与待测溶液混合，将其放置于可产生非均匀电场的测量设备上，最终测量设备上无论电场如何变化都不发生移动的微粒即与待测溶液的电导率是一样的，从而可以确定待测溶液的电导率；2.选择系列梯度变化的已知电导率的溶液，驱动待测微粒依次从不同溶液流过，在电导率小的溶液中，微粒移向电场大的方向，随着溶液的介电常数变大，待测微粒逐步出现不移动，发生不移动的位置对应的溶液的电导率就是待测微粒的电导率。
请参考图1、图2和图3，本发明实施例提供一种溶液介电常数/电导率的测量设备，用于测量待测溶液的介电常数/电导率，其中，图1为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的结构示意图，图2为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的剖视图，图3为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的俯视图，测量设备包括：
相对设置的上基板21和下基板22；
电极23，设置于所述上基板21和/或所述下基板22上，用于构造非均匀电场；
溶液槽24，设置于所述上基板21和所述下基板22之间，用于容纳混合有多种微粒的待测溶液，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
供电模块25，与所述电极23连接，用于向所述电极23施加电压。本发明实施例中，可选地，若测量的是介电常数，所述供电模块向电极23提供直流电压。若测量的是电导率，所述供电模块向电极23提供交流电压，或者，周期性电压。
本发明实施例中的溶液介电常数/电导率的测量设备，结构简单，成本较低。
本发明实施例中，可选地，所述上基板21和/或下基板22为透明基板，例如为玻璃或者亚克力等透明材料的透明基板，从而便于观测微粒在溶液中的分布情况。
本发明实施例中，可选地，所述电极为透明电极，例如为ITO(氧化铟锡)电极，从而便于观测微粒在溶液中的分布情况。
本发明实施例中，可选地，所述上基板21和所述下基板22之间的间距为所述微粒的直径的1-2倍，从而有效避免微粒重叠影响观测。
本发明实施例中，电极23可以为条状电极，当然也可以为其他形状的电极，本发明并不进行限定。
图1、图2和图3所示的实施例中，测量设备包括两个电极23，分别设置于上基板21和所述下基板22上，两个电极23相对设置。
一个基板上设置单个电极的覆盖区域较小，也可以设置多个阵列化的电极。
在本发明的其他一些实施例中，电极23的个数不限于两个，所述上基板21和所述下基板22上的电极可以包括多个，且所述上基板21和所述下基板22上的电极23一一对应。请参考图4，图4所示的实施例中，上基板21上包括多个电极23，多个电极23均匀间隔分布在上基板21上，同样的，下基板22上也包括多个电极23，多个电极23均匀间隔分布在下基板22上，所述上基板21和所述下基板22上的电极23一一对应。
在本发明的其他一些实施例中，请参考图5，所述电极23分别设置于所述上基板21和下基板22上，所述上基板21和所述下基板22上的电极23被划分成多个分区，不同分区的相同序号的电极23相连构成电极组，所述上基板21和所述下基板22上的电极组一一对应。例如，图5所示的实施例中，所述上基板21和所述下基板22上的电极23被划分成三个分区，各分区的第一个电极相连构成一个分区组，各分区的第二个电极相连构成一个分区组，以此类推，各分区的最后一个电极相连构成一个分区组。
上述实施例中，上基板21和下基板22上分别设置有电极23，在一些实施例中，所述电极23也可以仅设置于所述上基板21或下基板22上，所述上基板21或所述下基板22上的电极包括至少两个，且两两对应。
本发明中的电极的形状和排布可以多种多样，不限于上述，能够实现稳定的非均匀电场即可。
本发明实施例中，每条电极上都施加可以控制的外加电压，通过调节每条电极上的电压就可以实现非均匀电场的梯度大小的可控调节。
本发明实施例中，所述测量设备可以是重复利用的，在完成待测溶液检测之后，可以清洗溶液槽，并在下次测量时，注入新的混合有多种微粒的待测溶液。
本发明实施例中，为了方便测试，可以将每个测量设备上预添加的已知介电常数/电导率的微粒的梯度范围以及梯度精度，作为该测量设备检测的范围和精度，并标注在测量设备上，方便快速选择最合适的测量设备。
本发明实施例中的测量设备，可以为芯片。
请参考图6，本发明实施例提供一种溶液介电常数/电导率的测量方法，包括：
步骤11：获取混合有多种微粒的待测溶液，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
即，首先需要制作一批已知介电常数/电导率的微粒，为了方便得知其介电常数/电导率，可以以选择常见材料，如金属微粒，合金微粒，玻璃微粒，聚合物微粒等等，制作的微粒的介电常数/电导率与材料本身的介电常数/电导率一致。
本发明实施例中，不同材料的微粒的介电常数/电导率不同，本发明实施例中，可以选择介电常数/电导率梯度排列的多种微粒。
本发明实施例中，为了调节微粒的介电常数/电导率，除了尽可能选择多种材料外，还可以通过调节合金的比例，聚合物的配比等方式实现介电常数/电导率的精细化调节。
本发明实施例中，获取的同一种微粒的个数可以为多个，具体数目的选择需要保证，将混合有微粒的待测溶液放入测量设备的溶液槽之后，随机分散到电极附近的微粒的个数为5个以上的数目。
步骤12：将所述混合有多种微粒的待测溶液添加到测量设备的溶液槽中；
步骤13：检测所述测量设备的电极未施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况；请参考图7，图7为本发明实施例的溶液介电常数/电导率的测量设备的电极未施加电压的情况下，电极周围的所述微粒的第一分布情况，图7中不同种类的微粒采用不同的圆形图案表示，图7所示的实施例中包括五种类型的微粒，当然图7仅为示意图，具体的微粒的种类或者数据，可以根据需要确定。
本发明实施例中，可以直接观测测量设备的电极未施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况，也可以通过放大镜或者显微镜等辅助观测。
或者，在本发明的其他一些实施例中，也可以通过电子设备检测所述测量设备的电极未施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况，例如通过摄像头拍摄所述测量设备的电极未施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况。
步骤14：检测所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第二分布情况；请参考图8，图8中的箭头表示微粒的移动方向，虚线圆圈表示微粒移动前的位置。在施加电压的情况下，溶液槽所在位置形成非均匀电场，电极附近的电场大，远离电场附近的电场小。以测量溶液的介电常数微粒，介电常数大于溶液的微粒向靠近电极(电场强度大)的方向移动，介电常数小于溶液的微粒向远离电极(电场强度小)的方向移动，最终在电极附近没有发生移动的微粒(图中黑色微粒)，其介电常数即为待测溶液的介电常数。
本发明实施例中，可以直接观测测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第二分布情况，也可以通过放大镜或者显微镜等辅助观测。
或者，在本发明的其他一些实施例中，也可以通过电子设备检测所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况，例如通过摄像头拍摄所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况。
步骤15：根据所述第一分布情况和所述第二分布情况，确定所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的未发生移动的目标微粒；请参考图8，图8中的黑色填充的圆圈未发生移动，为目标微粒。
本发明实施例中，可以有人为观测，根据所述第一分布情况和所述第二分布情况，确定所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的未发生移动的目标微粒。
或者，在本发明的其他一些实施例中，也可以通过电子设备据所述第一分布情况和所述第二分布情况，确定所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的未发生移动的目标微粒。例如通过摄像头拍摄所述微粒的第一分布情况和第二分布情况的图像，然后将图像发送给图像处理设备，由图像处理设备对拍摄的图像进行分析比较，确定电极周围的未发生移动的目标微粒。
步骤16：确定所述待测溶液的介电常数/电导率为所述目标微粒的介电常数/电导率。
本发明实施例中，通过介电泳效应，根据已知介电常数的多种微粒，将微粒与待测溶液混合，并置于非均匀电场中，观测微粒在介电泳力下的移动情况，得到待测溶液的介电常数。该测量方法直接观测判读结果，无需信号转换以及计算系统，实现可视化测量，更加直观快速；无需高灵敏的电流电压等电学检测设备，降低了检测成本；免校准，降低了人为误差。
本发明实施例中，可选地，所述微粒的直径为10-100微米，该尺寸易于加工且容易驱动。
本发明实施例中，为了区分不同种类的微粒，一种简单的方式是直接通过微粒的颜色和/或透明度区分，因为不同材料本身的颜色和/或透明度就不同。第二种方式是根据公式(1)可知，微粒的尺寸只影响介电泳力的大小，并不影响微粒移动的方向，因此可以将不同种微粒做成不同尺寸的。第三种方式是将制备完成后的微粒在表面染色或添加荧光标记等，通过颜色区分。即，可选地，不同种类的微粒的以下一种或多种不同：颜色、透明度、直径、标记。
目前介电常数的测量设备主要是测量固体和液体，对于直接测量微粒的介电常数的测量设备几乎没有，都是通过测量混有微粒的溶液的介电常数，结合微粒的尺寸等参数反推微粒的介电常数。另一种方式是直接通过微粒的材料推算其介电常数，但这种方式不适合复合微粒或者细胞等复杂微粒的介电常数的测量。
请参考图9和图10，本发明实施例还提供一种微粒介电常数/电导率的测量设备，用于测量待测微粒的介电常数/电导率，所述测量设备包括：
相对设置的上基板31和下基板32；
电极33，设置于所述上基板31和/或所述下基板32上；
供电模块34，与所述电极33连接，用于向所述电极33施加电压；
多个溶液槽35，设置于所述上基板31和所述下基板32之间，不同溶液槽35中容纳有不同的溶液，所述不同的溶液的介电常数/电导率已知，所述多个溶液槽35内的不同的溶液的介电常数/电导率呈梯度排列；
流路管道36，依次连接所述多个溶液槽35，用于输送所述待测微粒流入所述溶液槽35内；
驱动模块(图未示出)，用于驱动所述待测微粒流入所述溶液槽35内。
本发明实施例中，所述测量设备可以是重复利用的，在完成待测微粒检测之后，可以清洗溶液槽，并在下次测量时，注入新的溶液。
本发明实施例中，可选地，所述上基板31和/或下基板32为透明基板，从而便于观测微粒在溶液中的分布情况。
本发明实施例中，可选地，所述电极为透明电极，从而便于观测微粒在溶液中的分布情况。
本发明实施例中，可选地，所述上基板31和所述下基板32之间的间距为所述微粒的直径的1-2倍，从而有效避免微粒重叠影响观测。
本发明实施例中，电极33可以为条状电极，当然也可以为其他形状的电极，本发明并不进行限定。本发明实施例中，条状的电极33的延伸方向与所述多个溶液槽35的方向相同。
图9和图10所示的实施例中，测量设备包括两个电极33，分别设置于上基板31和所述下基板32上，两个电极33相对设置。
在本发明的其他一些实施例中，电极33的个数不限于两个，所述上基板31和所述下基板32上的电极可以包括多个，且所述上基板31和所述下基板32上的电极33一一对应。
在本发明的其他一些实施例中，所述电极33分别设置于所述上基板31和下基板32上，所述上基板31和所述下基板32上的电极33被划分成多个分区，不同分区的相同序号的电极33相连构成电极组，所述上基板31和所述下基板32上的电极组一一对应。
上述实施例中，上基板31和下基板32上分别设置有电极33，在一些实施例中，所述电极33也可以仅设置于所述上基板31或下基板32上，所述上基板31或所述下基板32上的电极包括至少两个，且两两对应。
本发明中的电极的形状和排布可以多种多样，不限于上述，能够实现稳定的非均匀电场即可。
本发明实施例中，每条电极上都施加可以控制的外加电压，通过调节每条电极上的电压就可以实现非均匀电场的梯度大小的可控调节。
为了避免不同溶液槽中液体的串扰，可选地，本发明实施例的测量设备还包括：
多个外部溶液瓶(图未示出)，与所述多个溶液槽35一一对应连接，所述外部溶液瓶中容纳有与对应的所述溶液槽内的溶液相同的溶液，用于对对应的所述溶液槽35补充溶液。即，将每个溶液槽与外部溶液瓶一直保持连接，及时补充溶液。
本发明实施例中，为了方便测试，可以将每个测量设备上预添加的已知介电常数/电导率的溶液的梯度范围以及梯度精度，作为该测量设备检测的范围和精度，并标注在测量设备上，方便快速选择最合适的测量设备。
本发明实施例的测量设备可以为芯片。
请参考图11，本发明实施例还提供一种微粒介电常数/电导率的测量方法，包括：
步骤41：获取测量设备，所述测量设备包括多个溶液槽，不同溶液槽中容纳有不同的溶液，所述不同的溶液的介电常数/电导率已知，所述多个溶液槽内的不同的溶液的介电常数/电导率呈梯度排列；
本发明实施例中，不同介电常数的溶液可以是盐溶液、糖溶液、矿物油以及混合溶液等，优选为透明溶液且与待测微粒不发生反应以及可以长期稳定储存的溶液。
步骤42：将待测微粒放置到所述测量设备的流路管道中，所述流路管道依次连接所述多个溶液槽；
步骤43：驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况；
步骤44：根据所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，确定所述待测微粒的介电常数/电导率。
本发明实施例中，可以人为直接观测在外加电场的作用下，待测微粒在不同溶液槽内的移动情况，从而确定所述待测微粒的介电常数/电导率。
当然，在一些实施例中，也可以由电子设备检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，确定所述待测微粒的介电常数/电导率。例如，通过摄像头拍摄各溶液槽的图像，并将图像发送给图像处理装置进行分析处理，确定待测微粒的移动情况，从而进一步确定待测微粒的介电常数/电导率。
本发明实施例中，通过介电泳效应，根据已知介电常数的多种溶液，驱动待测微粒流入溶液中，观测待测微粒在介电泳力下的移动情况，得到待测微粒的介电常数。该测量方法直接观测判读结果，无需信号转换以及计算系统，实现可视化测量，更加直观快速；无需高灵敏的电流电压等电学检测设备，降低了检测成本；免校准，降低了人为误差；直接对微粒进行测量，降低了间接误差。
本发明实施例中，可选地，所述待测微粒的直径为10-100微米，该尺寸容易驱动。
本发明实施例中，可选地，根据所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，确定所述待测微粒的介电常数/电导率，包括：
步骤44A：若所述待测微粒在目标溶液槽内不向电极方向发生偏移，确定所述待测微粒的介电常数/电导率为所述目标溶液槽内的溶液的介电常数/电导率；
或者
步骤44B：若所述待测微粒在目标溶液槽和所述目标溶液槽的上一溶液槽内发生偏移的方向相反，确定所述待测微粒的介电常数/电导率位于所述目标溶液槽内的溶液的介电常数/电导率和所述目标溶液槽的上一溶液槽内的溶液的介电常数/电导率之间。
本发明实施例中，可选地，驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，包括：
步骤431A：从第一个所述溶液槽开始，驱动所述待测微粒从所述流路管道流入当前溶液槽，并对当前溶液槽对应的电极施加电压；
步骤432A：判断所述待测微粒是否向电极的方向偏移；
步骤433A：若所述待测微粒向电极方向移动，关闭对当前溶液槽对应的电极施加的电压，确定下一个所述待测微粒从所述流路管道流过当前所述溶液槽，并流入下一个溶液槽；返回所述判断所述待测微粒是否向电极的方向移动的步骤，直至所述待测微粒不向电极方向发生偏移，或者，在当前溶液槽和上一个溶液槽中的移动方向相反；
或者
步骤431B：驱动所述待测微粒流入所有所述溶液槽内，并所有所述溶液槽对应的电极施加电压；
步骤432B：检测所述待测微粒在各所述溶液槽内的移动情况。
当待测微粒进入不同溶液槽中时，可以稳定一段时间后再外加电场测试，给待测微粒附近的溶液交换提供充足时间。即，可选地，驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，包括：
步骤43C：驱动所述待测微粒从所述流路管道流入所述溶液槽内预设时间之后，对所述测量设备的电极施加电压。
下面以待测微粒是细胞，测量细胞的介电常数为例进行说明。
不同种类的细胞，不同生存状态的细胞，其介电常数都不相同，可以通过细胞的介电常数的检测，得到生物的生存状态，甚至疾病的诊断。
首先配置介电常数已知的多种溶液，由于细胞比较脆弱，可以用PBS(磷酸盐)缓冲液/培养基为溶液主要基底，与不同浓度钾盐、钠盐或镁盐等盐溶液混合，或者是与蔗糖、果糖等糖溶液混合以调配不同介电常数的溶液，或者是其他促进或不影响细胞生存的溶液。随后将配置好后的溶液加入到测量设备的溶液槽中，随后驱动细胞通过流路管道依次流过不同的溶液槽。在无外加电场时，细胞依次穿过溶液槽，不发生偏移，如图12所示。请参考图13，当外加电场时，细胞首先进入第一个溶液槽(低介电常数溶液)中，假设细胞的介电常数大于该低介电常数溶液的介电常数，细胞向电极方向移动，随后关闭外加电场，让下一个细胞不偏移穿过第一个溶液槽进入第二个介电常数更大一些的溶液槽，开启外加电场，若此时细胞仍向电极方向移动，则说明细胞的介电常数仍大于当前溶液槽内的溶液的介电常数，那么关闭外加电场，让下一个细胞不偏移穿过当前溶液槽，进入下一个溶液槽，直到细胞在某一溶液槽的外加电场下，不发生偏移，并且在下一个溶液槽中向远离电极方向偏移，则说明细胞的介电常数与此溶液槽中溶液的介电常数相同。
或者，另外一种情况，细胞在某一溶液槽中向电极方向移动，在下一溶液槽中向远离电极方向移动，则说明细胞的介电常数介于此两个溶液的介电常数之间，如图14所示。
本发明实施例中，也可以让细胞从介电常数大的溶液槽开始流入，流程与上述流程基本一致，只不过细胞从偏向远离电极方向到靠近电极方向。
当然也可以一开始在每个溶液槽中均流入细胞，同时给所有溶液槽外加电场，观测细胞的偏移情况，细胞不发生偏移的溶液槽的介电常数即为细胞的介电常数，或者若出现不同偏移方向转折的相邻溶液槽，细胞的介电常数就在相邻溶液槽的介电常数之间。
本发明实施例还提供一种用于介电常数/电导率测量的标准品，包括：
微粒集合，包括多种微粒，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
或者，
溶液集合，包括多种溶液，所述多种溶液的介电常数/电导率已知，且多种溶液的介电常数/电导率不同。
可选地，所述多种微粒的介电常数/电导率呈梯度排列。
可选地，所述多种溶液的介电常数/电导率呈梯度排列。
可选地，所述微粒的直径为10-100微米，该尺寸易于加工且容易驱动。
可选地，不同种类的微粒的以下一种或多种不同：颜色、透明度、直径、标记。
可选地，不同介电常数的溶液可以是盐溶液、糖溶液、矿物油以及混合溶液等，优选为透明溶液且与待测微粒不发生反应以及可以长期稳定储存的溶液。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
Claims (12)
1.一种溶液介电常数/电导率的测量方法，其特征在于，包括：
获取混合有多种微粒的待测溶液，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
将所述混合有多种微粒的待测溶液添加到测量设备的溶液槽中；
检测所述测量设备的电极未施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第一分布情况；
检测所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的所述微粒的第二分布情况；
根据所述第一分布情况和所述第二分布情况，确定所述测量设备的电极施加电压的情况下，所述电极周围的未发生移动的目标微粒；
确定所述待测溶液的介电常数/电导率为所述目标微粒的介电常数/电导率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微粒的直径为10-100微米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不同种类的微粒的以下一种或多种不同：颜色、透明度、直径、标记。
4.一种溶液介电常数/电导率的测量设备，其特征在于，用于测量待测溶液的介电常数/电导率，所述测量设备包括：
相对设置的上基板和下基板；
电极，设置于所述上基板和/或所述下基板上；
溶液槽，设置于所述上基板和所述下基板之间，用于容纳混合有多种微粒的待测溶液，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
供电模块，与所述电极连接，用于向所述电极施加电压。
5.根据权利要求4所述的测量设备，其特征在于，
所述上基板和/或下基板为透明基板；
和/或
所述电极为透明电极。
6.根据权利要求4所述的测量设备，其特征在于，所述上基板和所述下基板之间的间距为所述微粒的直径的1-2倍。
7.根据权利要求4所述的测量设备，其特征在于：
所述电极分别设置于所述上基板和下基板上，所述上基板和所述下基板上的电极包括一个或多个，且所述上基板和所述下基板上的电极一一对应；或者
所述电极设置于所述上基板或下基板上，所述上基板或所述下基板上的电极包括至少两个，且两两对应；
或者
所述电极分别设置于所述上基板和下基板上，所述上基板和所述下基板上的电极被划分成多个分区，不同分区的相同序号的电极相连构成电极组，所述上基板和所述下基板上的电极组一一对应。
8.一种微粒介电常数/电导率的测量方法，其特征在于，包括：
获取测量设备，所述测量设备包括多个溶液槽，不同溶液槽中容纳有不同的溶液，所述不同的溶液的介电常数/电导率已知，所述多个溶液槽内的不同的溶液的介电常数/电导率呈梯度排列；
将待测微粒放置到所述测量设备的流路管道中，所述流路管道依次连接所述多个溶液槽；
驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况；
根据所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，确定所述待测微粒的介电常数/电导率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，确定所述待测微粒的介电常数/电导率，包括：
若所述待测微粒在目标溶液槽内不向电极方向发生偏移，确定所述待测微粒的介电常数/电导率为所述目标溶液槽内的溶液的介电常数/电导率；
或者
若所述待测微粒在目标溶液槽和所述目标溶液槽的上一溶液槽内发生偏移的方向相反，确定所述待测微粒的介电常数/电导率位于所述目标溶液槽内的溶液的介电常数/电导率和所述目标溶液槽的上一溶液槽内的溶液的介电常数/电导率之间。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，驱动所述待测微粒从所述流路管道依次流入不同的所述溶液槽，并对所述测量设备的电极施加电压，检测所述待测微粒在各流过的所述溶液槽内的移动情况，包括：
从第一个所述溶液槽开始，驱动所述待测微粒从所述流路管道流入当前溶液槽，并对当前溶液槽对应的电极施加电压；
判断所述待测微粒是否向电极的方向偏移；
若所述待测微粒向电极方向移动，关闭对当前溶液槽对应的电极施加的电压，确定下一个所述待测微粒从所述流路管道流过当前所述溶液槽，并流入下一个溶液槽；返回所述判断所述待测微粒是否向电极的方向移动的步骤，直至所述待测微粒不向电极方向发生偏移，或者，在当前溶液槽和上一个溶液槽中的移动方向相反；
或者
驱动所述待测微粒流入所有所述溶液槽内，并所有所述溶液槽对应的电极施加电压；
检测所述待测微粒在各所述溶液槽内的移动情况。
11.一种微粒介电常数/电导率的测量设备，其特征在于，用于测量待测微粒的介电常数/电导率，所述测量设备包括：
相对设置的上基板和下基板；
电极，设置于所述上基板和/或所述下基板上；
供电模块，与所述电极连接，用于向所述电极施加电压；
多个溶液槽，设置于所述上基板和所述下基板之间，不同溶液槽中容纳有不同的溶液，所述不同的溶液的介电常数/电导率已知，所述多个溶液槽内的不同的溶液的介电常数/电导率呈梯度排列；
流路管道，依次连接所述多个溶液槽，用于输送所述待测微粒流入所述溶液槽内；
驱动模块，用于驱动所述待测微粒流入所述溶液槽内。
12.一种用于介电常数/电导率测量的标准品，其特征在于，包括：
微粒集合，包括多种微粒，所述多种微粒的介电常数/电导率已知，且多种微粒的介电常数/电导率不同；
或者，
溶液集合，包括多种溶液，所述多种溶液的介电常数/电导率已知，且多种溶液的介电常数/电导率不同。
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| CN202311421558.2A Pending CN117470922A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 介电常数/电导率的测量方法、测量设备及标准品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117470922A (zh) |
-
2023
- 2023-10-30 CN CN202311421558.2A patent/CN117470922A/zh active Pending
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