[发明专利]一种微通道近壁电渗速度的测量方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种同时测量微通道中电渗流主体流速和近壁流速的方法。

背景技术

在外加电场的作用下微通道或毛细管中的液体整体与管壁作相对运动，形成电渗流。固液界面形成双电层的厚度通常只有0.1nm-10nm(对应电解质溶液浓度为1M-10^-4M)。在双电层以外，电渗流的速度分布均匀，各点速度相等，这是电渗驱动在生化分离分析中占据主导地位的重要原因。

对于充分发展的电渗流中的流体流型，如平行平板之间的流型、矩形通道和圆形通道内的流型，已有大量的数学和模拟研究。但对电渗流流型的实验验证却相对较少，对微通道或毛细管内流体流型的实验研究更是如此。目前，无论是宏观流体还是微观流体，其流场的测量方法均以PIV为主流技术。即设定时间间隔内的两张流动颗粒的照片记录了颗粒所在位置，测量出其位移后，可以计算出流动颗粒的速度。Paul Garguilo和Rakestraw(1998)采用标量测速成像法研究了电动力驱动下融硅毛细管内电渗流的径向流速分布。Herr(2000)采用类似的方法，对内壁涂层过的熔融石英毛细管内的径向速度分布进行了研究。Santiago等在微流控芯片上构建了micro-PIV设备，测定了压力和电动力驱动下的速度分布。Cummings(2001)采用micro-PIV，以200nm荧光小球为对象，测定了相隔10um的平行平板内的流体流型。Rigler等采用单分子检测技术(荧光相关光谱)研究了微通道中流体流型。

无论是PIV技术(包括micro PIV)还是单分子检测技术均没有测到距离壁面450nm以内的流速。2004年，Yoda等报道了基于隐失波激发的nano-PIV技术，测得了近壁流场的颗粒速度。但是，仅用隐失场激发只能测得距壁面约100nm内的流场，无法得到电渗流的主体流速分布，对近壁处的流速与主体流速的同时测量可以更直接的对电渗流流型进行测量。

当平行光由光密介质(折射率n₂)向光疏介质(折射率n₁)传播，在二者界面处的入射角大于临界角(θ_c＝arcsine(n₂/n₁))时，在界面处产生全反射，同时在光疏介质一侧产生隐失波。隐失波激发深度距界面的距离符合下列公式：

Zp=λ04πn22sin2θ-n12---(1)]]>

λ₀是平行光波长，本实验中λ₀＝488nm。激光束穿过棱镜后以θ＝71°～74°从棱镜斜面进入样品溶液(n₁＝1.33，θ_c＝66°)。按(1)式计算可得激发深度z_p为107～89nm，可视为近壁处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以同时测量微通道内主体电渗流和近壁电渗流的方法，该方法以单个纳米尺度荧光微球和单个λDNA分子为测速对象，在光路中设置切换板，使得隐失波激发和宽场激发模式快捷切换，以分别得到测定近壁电渗流速和主体电渗流速。

本发明具体提供了一种微通道近壁电渗速度的测量方法，其特征在于：按照图1所示构建可以同时形成隐失场激发和宽场激发模式的光路：以棱镜7为载物基底，棱镜上耦合微通道8，通过改变遮光板6的位置切换激发方式：当6位于图1所示水平光路上时，为宽场激发模式；当6位于图1所示垂直光路上时，为隐失场激发模式。

其具体步骤为：