新型量热方法测量微颗粒

美国的研究人员展示了一种基于热量的用于微颗粒尺寸计数和测量的方法。

北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校生物医学工程系的Glenn Walker教授和同事表示这种技术比基于光测量的方法更便宜,较之电学技术可用于更广泛的材料。

“虽然我们纯出于好奇开展了这项研究,但是它已经发展成一种技术。相比现有的方法,这种技术在微粒尺寸计数和测量方面具有显著的优点。” Walker说:“我们仅用热量就可以计数并量化悬浮于液体中的固体颗粒。”

据Walker解释,虽然热量尚未发掘用作一种颗粒计数的方法,但是研究人员利用精密加工可以制造出既便宜又灵敏的热量计用于探测微管道中液体热性质的微小变化。

一颗珠子通过检测器。热量通过焦耳热进入体系,然后通过与氮化硅膜和液体的对流以及热传导传走。

 基于这种考虑,研究人员将装有薄膜电阻式温度检测器的500nm厚的氮化硅膜与硅弹性橡胶微管道结合,制作了一个热量颗粒检测器。

电流通过氮化硅膜里的导线,产生热量,在膜里产生一个热区。

为测试这个装置,研究人员将配有聚苯乙烯微球的液体注入微管道。据Walker解释,由于悬浮颗粒的导热会引起温度的升高或降低,因而流经热区的液体会引起导线电阻的变化。

研究人员使用一阶集总模型预测温度变化。直径90到200微米的颗粒流经微管道和探测器后,分别导致0.11到-0.44K的相对温度变化。

到目前为止,我们已经在200微米到90微米大小的物体上测试了这种方法的有效性。这个范围是一般商业粒子计数器的极限了。但是从理论上,我们能够降至10微米区域并测量单个细胞。我们正致力于此。

Walker和他的同事也正寻求利用这种技术检测机械装置中部件磨损产生的令人讨厌的金属颗粒。

“我们的技术有三个优势,”他补充道,“既简单又便宜,还可以探测任何种类的颗粒。而使用光检测流式细胞仪昂贵又复杂。使用电学检测的库尔特粒度仪则只适用于悬浮在导电溶液里的不导电颗粒。”

研究工作发表于Microfluidics and Nanofluidics

原文:Novel heat method measures microscopic particles

翻译:袁秉凯