[发明专利]一种纳流控系统中流体参数的确定方法及系统

说明书

本发明公开一种纳流控系统中流体参数的确定方法及系统。该方法包括：获取流体在纳流控系统的通道中做毛细流动时的牛顿动力学公式；根据牛顿动力学公式，获取流体流动长度与时间的理论关系式；建立流体流动长度与时间的实际关系模型，其中包括与通道深度有关的未知参数；利用已知流体进行实验，根据实验得到的的拟合斜率和已知流体的理论斜率，确定未知参数的值，从而确定关系模型，根据实验需求，确定流体参数的值，以便根据流体参数对纳流控系统的流动过程进行控制。采用本发明的方法或系统，解决了采用理论关系式计算带来的误差；根据实验需求，准确地确定流体参数对应的流体种类，实现对纳流控系统流动过程的精准控制。

技术领域

本发明涉及纳流控领域，特别是涉及一种纳流控系统中流体参数的确定方法及系统。

背景技术

随着科学技术的进步，人们已经可以将一些生物、化学领域所涉及的基本操作单元集成到一块几平方厘米的小型芯片上，形成所谓的芯片实验室(Lab-on-a-chip)，有时也称为微型全分析系统(Micro TotalAnalysis Systems，μTAS)。由于芯片实验室可将多种生化分析单元灵活集成到整体可控的微小平台上，便于携带，可大幅缩短样品处理时间并降低样品消耗及成本，且可以显著提高分析过程的分辨率和灵敏度，因此越来越受到人们的关注和研究。

一些典型的以芯片为平台的微全分析系统中，分布着各种储液池以及连接他们构成体系的微/纳米量级的通道网络，在这些微/纳米量级的通道网络中可能还分布着大量的电极。微/纳米量级通道网络的主要作用是输运各种溶液，因此实现芯片实验室生化分析功能的一个核心技术保障是实现对微/纳米量级通道网络中流体流动过程的精确控制，也就是要设计出合理、可靠的微/纳流控系统。由于芯片实验室空间很小，因此在设计微/纳流控系统时一个重要原则是要尽可能避免引入外部的能量(比如压差)提供系统以及相关控制、检测系统。

对于微流控系统，大量学者尝试着利用表面张力对该系统中的流动过程进行控制，并且取得了不错的结果。但是关于纳流控系统中流体的控制问题，目前还处于基础研究阶段。学者们利用加工得到的纳米通道对利用表面张力驱动流体的毛细流动过程进行了大量实验研究，发现利用现有的理论模型确定流体参数，然后利用该流体进行实验得到流体的流动速度与理论预测值有偏差，而且并不能确定到底是什么原因导致了实验值与理论值之间的偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳流控系统中流体参数的确定方法及系统，能够准确确定流体的参数，以解决传统纳流控系统中由于流体参数确定有误差，导致实验结果有误差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种纳流控系统中流体参数的确定方法，所述方法包括：

获取流体在纳流控系统的通道中做毛细流动时的牛顿动力学公式：其中l(t)表示t时刻流体的流动距离，l′(t)表示l(t)的一阶导数，l″(t)表示l(t)的二阶导数，ρ表示流体密度，σ表示流体表面张力，θ_e表示流体与通道壁间的平衡接触角，η表示流体动力黏度，h表示通道高度，w表示通道宽度，g表示重力加速度；

根据所述牛顿动力学公式，获取流体流动长度与时间的理论关系式：其中A_LW为理论斜率，

建立流体流动长度与时间的实际关系模型：其中a和b为与通道深度有关的未知参数，A_exp为实际的拟合斜率，则

利用已知流体进行实验，根据实验得到的拟合斜率和所述已知流体的理论斜率，确定所述a和所述b的值，确定关于流体参数的关系模型

根据实验需求，确定所述流体参数的值，以便根据所述流体参数对所述纳流控系统的流动过程进行控制。

可选的，所述利用已知流体进行实验，根据实验得到的拟合斜率和所述已知流体的理论斜率，确定所述a和所述b的值，具体包括：