CN206710343U - 一种扫描x射线小角散射微流控检测实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扫描X射线小角散射微流控检测实验装置，包括沿着X光束输出方向依次设有X光源、样品台、二维光电探测器；所述样品台安装于运动控制平台上，所述二维光电探测器和运动控制平台分别与所述的计算机通讯连接。采用扫描X射线小角散射技术，结合数据处理和分析算法，实现样品不同部位的结构和取向分布信息的获取。本实用新型，通过对温度及流速的快速控制用于研究微流控在不同温度及流速条件下的微观结构变化，具有可获取大尺度范围内样品的高分辨率纳米尺度信息的特点，并解决了空气杂散光的影响，便于在微流控体系下进行样品的微结构表征。

Description

一种扫描X射线小角散射微流控检测实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种流体实验样品台，具体是一种扫描X射线小角散射微流控检测实验装置。

背景技术

微流控是使用微管道处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。对于微流控的微观结构变化的研究，对理解其各项理化性能具有重要意义。其中，X射线小角散射是研究纳米尺度微结构的重要手段，通过对小角X射线散射图或散射曲线的计算和分析即可推导出微结构的形状、大小、分布及含量等信息。由于样品不同部位区域的结构取向特性存在差异，需要对样品不同部位微观结构实现更准确的表征，才能获得整个样品完整结构信息。传统的X射线小角散射只能获得光斑大小范围内的样品的尺寸、形状和内部结构等信息，而扫描X射线小角散射技术，可获得样品不同部位的结构和取向分布信息，可实现大尺度范围内样品的高分辨率纳米尺度信息获取，对样品微观结构检测兼有大视场低分辨——小视场高分辨优势，是当前国际前沿的新技术。

微流体是研究软物质的化学反应、生物测定及解答其基本奥秘的重要手段，对于研究微流控而言，而X射线散射扫描技术可以有效解决这些问题。采用X射线散射扫描技术来检测微流控，难点之一在于实验端环境的搭建，并且缺乏可实现不同温度及流速微流控样品微观结构检测的高效检测装置。此外，对于蛋白质、生物组织等弱散射样品，采用X射线散射扫描技术进行检测时，受到空气等杂散光的影响明显，直接影响检测结果。而常规的样品台受结构限制，样品与光源的距离远，空气杂散光的影响更为显著，因此需要设计结构合理的实验样品台，规避空气杂散光等因素的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于检测微流控的扫描X射线小角散射微流控检测实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种扫描X射线小角散射微流控检测实验装置，包括沿着X光束输出方向依次设有X光源、样品台、二维光电探测器；所述样品台安装于运动控制平台上，所述二维光电探测器和运动控制平台分别与计算机通讯连接；所述运动控制平台包括三维位移平台和旋转平台，三维位移平台包括X轴直线位移台、Y轴直线位移台和Z轴直线位移台，旋转平台安装在X轴直线位移台上；所述样品台包括支架、输入口、微流通道、输出口、温度控制模块和透光窗口，所述透光窗口位于样品台中间位置，输入口和输出口分别位于样品台的两侧，输入口和输出口之间通过微流管与液泵连接；温度控制模块安装在支架上，温度控制模块的温度控制范围为0～100℃，升降温度速率为10～25℃/分钟；所述温度控制模块包括导热铜片、排水管和帕尔贴元件，导热铜片安装于透光窗口中间的两侧，并与帕尔贴元件的一面贴合，排水管与帕尔贴元件的另一面贴合。

作为本实用新型进一步的方案：所述透光窗口是对X射线高透过率的石英玻璃、氮化硅或Kapton膜，安装在所述的样品台中部。

作为本实用新型再进一步的方案：所述导热铜片的厚度为0.2～0.5mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构设计合理，实现了SAXS数据获取同时对流体的温度及流速精确控制；通过样品台的运动控制，实现微区域进行逐点扫描；优化样品台结构，规避了空气杂散光对检测结果的影响。

附图说明

图1为本实用新型的扫描X射线小角散射微流控检测示意图；

图2为本实用新型的扫描X射线小角散射微流控检测实验端装置图；

图3位本实用新型的X射线小角散射实验样品端的扫描轨迹。

图中：1、X光源；2、样品台；3、二维光电探测器；4、X射线小角散射图样；5、计 算机；6、X轴直线位移台；7、Y轴直线位移台；8、Z轴直线位移台；9、旋转平台；201、微流管；202、液泵；203、排水管；204、输入口；205、输出口；206、透光窗口；207、微流通道；208、帕尔贴元件；209、支架；210、导热铜片；211、X射线聚焦光斑。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～3，一种扫描X射线小角散射微流控检测实验装置，包括沿着X光束输出方向依次设有X光源1、样品台2、二维光电探测器3；所述样品台2安装于运动控制平台上，所述二维光电探测器3和运动控制平台分别与计算机5通讯连接。通过二维光电探测器3采集X射线透射过样品后在远场形成的X射线小角散射图样4，并将采集的数据发送给计算机5；本实施例中选用的二维光电探测器3是采用分辨率为1475×1679像素且像素尺寸为172μm×172μm的单光子计数探测器。

进一步的，本实用新型所述运动控制平台包括三维位移平台和旋转平台9，由计算机5发出指令进行平移或旋转动作；所述三维位移平台包括X轴直线位移台6、Y轴直线位移台7和Z轴直线位移台8，用于实现样品台2在垂直于X射线光束入射方向的X方向和Y方向上，及平行于X射线光束入射方向的Z方向的高精度直线平移，直线平移每次移动的步长控制为10～100μm；所述旋转平台9安装在X轴直线位移台6上，用于实现样品台2沿Y方向的旋转。计算机5通过控制器向所述的运动控制平台上的三维位移平台和旋转平台9发出动作指令，控制X轴直线位移台6、Y轴直线位移台7和Z轴直线位移台8，分别沿着垂直于X射线光束入射方向的X方向和Y方向上，及平行于X射线光束入射方向的Z方向的高精度直线平移，控制旋转平台9沿Y方向的旋转。所述样品台2包括支架209、输入口204、微流通道207、输出口205、温度控制模块和透光窗口206，所述透光窗口206位于样品台2中间位置，输入口204和输出口205分别位于样品台2的两侧，输入口204 和输出口205之间通过微流管201与液泵202连接，被测微流控样品通过液泵202以预设的0.1m/s流速输入并排出样品台2；温度控制模块安装在支架209上，温度控制模块的温度控制范围为0～100℃，升降温度速率为10～25℃/分钟。所述温度控制模块包括导热铜片210、排水管203和帕尔贴元件208，通过调节帕尔贴元件208的电流大小，实现样品台2上被测微流控样品的快速温度控制；导热铜片210安装于透光窗口206中间的两侧，并与帕尔贴元件208的一面贴合，排水管203与帕尔贴元件208的另一面贴合，排水管203内是流动水，为帕尔贴元件208散热。

进一步的，本实用新型所述透光窗口206是对X射线高透过率的石英玻璃、氮化硅或Kapton膜，安装在所述的样品台2中部，可实现X射线以高透过率照射到被测微流控样品并散射成像到所述的二维光电探测器3上。

进一步的，本实用新型所述导热铜片210的厚度为0.2～0.5mm。

本实用新型的工作原理是：

计算机5接收二维光电探测器3采集到的X射线小角散射图样4，并对这些不同位置的X射线小角散射图样4进行拼图计算，最终获得样品台2上被测微流控样品各位置的取向分布结构图。

首先，调节样品台2到二维光电探测器3的位置，使得二维光电探测器3的与光源1发出的X射线光束方向垂直，且光轴位于二维光电探测器3的中心位置；通过调节X光源1上的微聚焦光学系统，将X射线光束在被测微流控样品上形成尺寸为40μm×40μm的X射线聚焦光斑211。然后控制温度控制模块，使得被测微流控样品的温度为60℃，控制液泵202将被测微流控样品以0.1m/s的流速通过样品台2上。计算机5运动控制平台发出动作指令，控制X轴直线位移台6、Y轴直线位移台7、Z轴直线位移台8和旋转平台9，确保被测微流控样品与X射线光束传输方向垂直。实验时，计算机控制X轴直线位移台、Y轴直线位移台，使得被测微流控样品以如图3所示的△P＝60μm步长进行平移，每次平移后曝光0.5秒，二维光电探测器3采集一张X射线小角散射图样4，计算机5接收二维光电探测器3采集到的X射线小角散射图样4，并对这些不同位置的X射线小角散射图样4进行拼图计算，最终获得被测微流控样品各位置的取向分布结构图。为了获得不同流速条件下的被测微流控样品的取向分布 特性，可调节液泵202改变被测微流控样品的流速，重复上述操作，从而获取不同流速时被测微流控样品各位置的取向分布结构图。

为了获得不同温度条件下的被测微流控样品的取向分布特性，可调节温度控制模块改变被测微流控样品的温度，重复上述操作，从而获取不同温度时被测微流控样品各位置的取向分布结构图。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种扫描X射线小角散射微流控检测实验装置，其特征在于：包括沿着X光束输出方向依次设有X光源、样品台、二维光电探测器；所述样品台安装于运动控制平台上，所述二维光电探测器和运动控制平台分别与计算机通讯连接；所述运动控制平台包括三维位移平台和旋转平台，三维位移平台包括X轴直线位移台、Y轴直线位移台和Z轴直线位移台，旋转平台安装在X轴直线位移台上；所述样品台包括支架、输入口、微流通道、输出口、温度控制模块和透光窗口，所述透光窗口位于样品台中间位置，输入口和输出口分别位于样品台的两侧，输入口和输出口之间通过微流管与液泵连接；温度控制模块安装在支架上，温度控制模块的温度控制范围为0～100℃，升降温度速率为10～25℃/分钟；所述温度控制模块包括导热铜片、排水管和帕尔贴元件，导热铜片安装于透光窗口中间的两侧，并与帕尔贴元件的一面贴合，排水管与帕尔贴元件的另一面贴合。

2.根据权利要求1所述的扫描X射线小角散射微流控检测实验装置，其特征在于：所述透光窗口是对X射线高透过率的石英玻璃、氮化硅或Kapton膜，安装在所述的样品台中部。

3.根据权利要求1所述的扫描X射线小角散射微流控检测实验装置，其特征在于：所述导热铜片的厚度为0.2～0.5mm。