【技术实现步骤摘要】
本申请属于光学测量，更具体地，涉及一种测量多角度动态光散射的微流控芯片及其应用方法。
技术介绍
1、动态光散射(dynamic light scattering，dls)技术是测量纳米颗粒和亚微米颗粒粒度分布的有效方法，它通过计算光强自相关函数得到隐含的粒度分布信息，具有制样简单、对样品无损伤、测量精度高、速度快、非接触等优点。多角度动态光散射是根据不同粒度颗粒在不同的散射角度具有不同的散射特性，从多个不同的散射角度测量光强自相关函数，并通过适当的权重系数将其结合到一个数据分析中获取颗粒粒度分布的一种技术。较单角度动态光散射，多角度动态光散射可以获得更多的颗粒散射光信息，提高颗粒粒度分布的测量鲁棒性和准确性。
2、传统的多角度动态光散射的装置大多采用将样品池固定在一个旋转平台中心、将探测器绕平台360°旋转的方式工作，这类装置具有体积庞大、集成性差、测量结果易受外界环境影响等缺点。此外，由于在原理上存在的限制，传统动态光散射法只适用于稀溶液的测量，以降低多重散射对测量结果的影响，在面对高浓度样品时需要进行稀释，但稀释过程很有可能破坏原有颗粒体系的稳定性，造成测量结果严重偏离真实值，难以反映实际情况。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本申请提供了一种测量多角度动态光散射的微流控芯片及其应用方法，其目的在于解决现有多角度动态光散射的装置体积大、集成性差、测量结果易受外界环境影响、浓度适应性不高以及不能测量高浓度样品等问题。
2、为实现上述目的
3、所述微流沟道为直通道，微流沟道的宽度从一端到另一端逐渐收窄；
4、所述固定滑槽沿微流沟道布置，所述固定滑槽限制固定滑块沿固定滑槽来回移动；
5、所述入射光纤套筒和接收光纤套筒的顶端固定在固定滑块上，分别位于微流沟道的两侧；所述入射光纤套筒和接收光纤套筒以顶端为圆心转动。
6、优选的，所述固定滑槽包括第一固定滑槽和第二固定滑槽，所述第一固定滑槽和第二固定滑槽相互平行且沿微流沟道布置，分别位于微流沟道的两侧；所述固定滑块包括第一固定滑块和第二固定滑块，第一固定滑槽限制第一固定滑块沿第一固定滑槽来回移动，第二固定滑槽限制第二固定滑块沿第二固定滑槽来回移动；所述第一固定滑块和第二固定滑块的相对位置固定不变。
7、优选的，其还包括溶液注入通道和溶液流出通道；所述溶液注入通道和溶液流出通道分别位于微流沟道的两端，所述溶液注入通道用于向微流沟道中注入待测溶液，所述溶液流出通道用于待测溶液的排出。
8、优选的，其还包括角度轮盘标尺，所述角度轮盘标尺的中心固定在固定滑块上，使得所述角度轮盘标尺随着固定滑块沿固定滑槽移动；所述角度轮盘标尺用于调节和确定入射光纤套筒和接收光纤套筒的旋转角度。
9、优选的，调节入射光纤套筒和接收光纤套筒的旋转角度改变散射角度。
10、优选的，其还包括位置标尺，所述位置标尺布置在固定滑槽旁，所述位置标尺用于调节和确定入射光纤套筒和接收光纤套筒的位置。
11、优选的，调节入射光纤套筒和接收光纤套筒的位置改变散射光程。
12、第二方面，本申请提供了一种测量多角度动态光散射的微流控芯片的应用方法，所述方法应用于第一方面中任一芯片上，具体包括：
13、将入射光纤和接收光纤分别嵌入并固定在入射光纤套筒和接收光纤套筒中；
14、按预设的散射光程调节固定滑块在固定滑槽上的位置；按预设的散射角度调节入射光纤套筒和接收光纤套筒的旋转角度；
15、将待测溶液充满微流沟道；激光入射至待测溶液中产生散射，散射光进入接收光纤传输至光学测量系统测量散射光强变化信息；
16、改变入射光纤套筒和接收光纤套筒的旋转角度，测量得到不同角度散射光强变化信息；反演得到待测溶解中纳米颗粒的粒径分布。
17、优选的，反演过程中，棒状颗粒散射光强的自相关函数计算过程为：
18、垂直方向的二阶光强自相关函数和水平方向的二阶光强自相关函数表达式分别为：
19、
20、
21、其中，a是光强自相关函数g(2)(τ)的基线，b是仪器因子，θr是散射角度，τ是延迟时间，垂直方向的归一化电场自相关函数和水平方向的归一化电场自相关函数的分别为：
22、
23、
24、其中，exp()为以自然常数e为底的指数函数；dt和dr分别为平移扩散系数和旋转扩散系数；q为散射矢量的幅度；k表示阶数；s2k为权重系数：
25、
26、其中，l为长度；p2k(x)为k阶legendre多项式函数，x为函数自变量；j0为0阶球面bessel函数。
27、优选的，反演过程中，球形颗粒散射光强的自相关函数计算过程为：
28、二阶光强自相关函数的表达式为：
29、
30、其中，a是光强自相关函数g(2)(τ)的基线，b是仪器因子，θr是散射角度，τ是延迟时间，是在θr角度下的归一化电场自相关函数。
31、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
32、(1)本申请通过流控芯片的结构设计，实现了散射角度和入射光程调节的一体化，本申请装置配合光纤实现动态光散射的测量，减小了系统体积，避免了外界环境的影响，具有较大的浓度适应范围，实现了动态光散射对高浓度样品的高效测量；
33、(2)本申请中，微流沟道为非等宽设计，其宽度从注入通道到流出通道逐渐变窄，通过上下移动的滑块改变入射光入射到所述微流沟道的位置，实现控制散射光程的大小，不同的散射光程适用于不同浓度大小的样品，使本系统具有较大的浓度适应范围；
34、(3)本申请中，入射光纤套筒和接收光纤套筒共同沿着所述固定滑槽移动，且可以调节旋转角度，由此调节入射光纤和接收光纤的旋转角度，由此实现探测多个角度的偏振散射光；
35、(4)本申请可以实现球形和棒状颗粒形状参数的测量，测量速度快、稳定性好、准确度高、浓度适应性高，可实现粒径从纳米到微米分布较宽的颗粒群测量。
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1.一种测量多角度动态光散射的微流控芯片，其特征在于，其包括微流沟道、入射光纤套筒、接收光纤套筒、固定滑槽和固定滑块，其中：
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述固定滑槽包括第一固定滑槽和第二固定滑槽，所述第一固定滑槽和第二固定滑槽相互平行且沿微流沟道布置，分别位于微流沟道的两侧；所述固定滑块包括第一固定滑块和第二固定滑块，第一固定滑槽限制第一固定滑块沿第一固定滑槽来回移动，第二固定滑槽限制第二固定滑块沿第二固定滑槽来回移动；所述第一固定滑块和第二固定滑块的相对位置固定不变。
3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，其还包括溶液注入通道和溶液流出通道；所述溶液注入通道和溶液流出通道分别位于微流沟道的两端，所述溶液注入通道用于向微流沟道中注入待测溶液，所述溶液流出通道用于待测溶液的排出。
4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，其还包括角度轮盘标尺，所述角度轮盘标尺的中心固定在固定滑块上，使得所述角度轮盘标尺随着固定滑块沿固定滑槽移动；所述角度轮盘标尺用于调节和确定入射光纤套筒和接收光纤套筒的旋转角度。
5.根据权利要求
6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，其还包括位置标尺，所述位置标尺布置在固定滑槽旁，所述位置标尺用于调节和确定入射光纤套筒和接收光纤套筒的位置。
7.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，调节入射光纤套筒和接收光纤套筒的位置改变散射光程。
8.一种测量多角度动态光散射的微流控芯片的应用方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7任一芯片上，具体包括：
9.根据权利要求8所述的芯片，其特征在于，反演过程中，棒状颗粒散射光强的自相关函数计算过程为：
10.根据权利要求8所述的芯片，其特征在于，反演过程中，球形颗粒散射光强的自相关函数计算过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种测量多角度动态光散射的微流控芯片，其特征在于，其包括微流沟道、入射光纤套筒、接收光纤套筒、固定滑槽和固定滑块，其中：
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述固定滑槽包括第一固定滑槽和第二固定滑槽，所述第一固定滑槽和第二固定滑槽相互平行且沿微流沟道布置，分别位于微流沟道的两侧；所述固定滑块包括第一固定滑块和第二固定滑块，第一固定滑槽限制第一固定滑块沿第一固定滑槽来回移动，第二固定滑槽限制第二固定滑块沿第二固定滑槽来回移动；所述第一固定滑块和第二固定滑块的相对位置固定不变。
3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，其还包括溶液注入通道和溶液流出通道；所述溶液注入通道和溶液流出通道分别位于微流沟道的两端，所述溶液注入通道用于向微流沟道中注入待测溶液，所述溶液流出通道用于待测溶液的排出。
4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，其还包括角度轮盘标尺，所述角度轮盘标尺的中心固定在固定滑块上...
【专利技术属性】
技术研发人员：李微，张梓培，夏历，郭文平，杨克成，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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