用于生物流体的片上粘弹性传感器
河北工业大学和深圳大学的科学家们的一篇研究论文开发了一种用于生物流体的片上粘弹性传感器。
2023 年 1 月 10 日发表在Cyborg and Bionic Systems杂志上的新研究论文报道了一种双层微流体传感器，用于检测生物流体中的超弱粘弹性。
“人体体液大部分是非牛顿液体，为了简化分析，往往忽略粘弹性的影响。然而，我们发现即使是粘弹性非常微弱的变化也会影响液体内部微粒的轨迹。因此，在许多需要详细分析的情况下，不能忽略这种粘弹性效应。为此，我们开发了这种粘弹性传感器来检测非牛顿液体的微弱粘弹性变化。”
“我们的微流体装置类似于“微型液体高尔顿板”。我们将大量微粒“倒入”通道中，记录微粒的运动轨迹和分布，并估算液体的粘弹性，”严博士说。实验证明，即使对于粘弹性较弱的非牛顿液体，其粘弹性的微小变化也会引起微观粒子的运动轨迹和分布发生可观察到的变化，从而使检测非牛顿液体中细微的粘弹性变化成为可能。
要估计待测液体的粘弹性，首先要建立颗粒分布与液体粘弹性的映射关系。确定这种映射关系的过程称为粘弹性传感器的标定过程。
通过观察微粒在不同粘弹性液体中的运动轨迹可以看出，“类似于改变高尔顿板上的钉子，钢球的运动轨迹也会发生变化，”闫说，“改变液体的粘弹性也会改变微粒子的运动轨迹。这表明用这种微流控芯片测量液体的粘弹性是可行的。”
最后，作者还测量了各种非牛顿液体(5-500 ppm PEO)的弛豫时间，并拟合了一个函数来估计待测液体的弛豫时间。根据此功能，可以快速确定待测液体的弛豫时间。例如，5 ppm和10 ppm PEO溶液的弛豫时间分别为0.45 ms和0.7 ms，血浆的粘弹性最接近5 ppm PEO溶液，因此弛豫时间约为0.45 ms。
“这种粘弹性传感器在许多严重疾病的早期诊断中具有巨大的潜力，”严说。通过这种片上粘弹性生物传感器，我们可以检测血液粘弹性的变化，这可以作为这些炎症和血管疾病的重要指标。
论文作者包括赵前斌、闫盛、张伯然、范凯、张军、李伟华。
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