利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法
2023-09-20 05:13:40
專利名稱：利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法。
背景技術：
人體血液及其成分的流動性和變形性與臨床多種疾病有關。血液粘度是血液最基本的流變特性，是血液流變學研究的核心。血液粘度的高低將直接反映血液循環的優劣以及血液供應的多少，因此，通過測定血液粘度來了解血液的流動性質和凝固性質，對於揭示血液流變學的改變與某些疾病的發生及發展關係具有重大意義。血液粘度是指血液流動時所產生的內摩擦力或流動阻力。血液粘度的測定方法主要包括全血粘度測定方法和血漿粘度測定方法。全血粘度係指在不同剪切率下的表觀粘度。由於血液是非牛頓流體，因此血液粘度對剪切率有依賴性，其粘度數值與剪切率成反比，即隨剪切率增高而降低或隨剪切率降低而增高。目前臨床上測定血液粘度的儀器主要採用毛細管粘度計和旋轉式粘度計。由於設計原理不同，這兩種粘度計在剪切範圍、測量精度、操作方式以及儀器清洗等方面都有所不同。當使用毛細管粘度計測定血液粘度時，無論是高切或低切粘度均是用血液與生理鹽水或蒸餾水在相同條件下流過的時間之比來計算粘度，所以用該儀器測定的全血粘度只能反映全血在毛細管中的平均剪切率下的粘度值。而旋轉式粘度計，例如錐板旋轉粘度計和同軸雙筒式旋轉粘度計，則可以自由選擇剪切率並測出在不同剪切率下的粘度值。這類粘度計均以牛頓粘滯定律為理論依據，其是利用機械零部件將液體的內摩擦力轉換成力矩，並根據偏轉角度與力矩及力矩與樣品粘度之間存在的關係來進行測定。另外，無論毛細管粘度計還是旋轉式粘度計在測試每份血樣後均需要進行人工清洗或自動清洗，如果清洗不乾淨，不僅會給其後的測試結果帶來很大影響，而且無法滿足批量樣品測試速度的要求。此外，這兩種血液粘度計在測量精度及採血量方面還存在一定的缺陷。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種測定結果快速且準確、血樣用量少、無需清洗且可實時進行測定的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法。
為了達到上述目的，本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置包括雷射器、動態微光學系統、反射鏡、光學望遠系統、45°雙色分束鏡、高倍顯微物鏡、三維微調節移動平臺、微量血液樣品晶片、照明光源、CCD攝像機和顯示器。
所述的動態微光學系統包括動態透射式微光學系統和動態反射式微光學系統。
所述的雷射器採用TEMOO模作為光源。
本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的測定方法是首先將血液樣品注入含有直徑為5-10微米玻璃珠微顆粒的微量血液樣品晶片上，然後通過光鑷系統將懸浮在血液樣品中的微顆粒捕獲，從而使被光鑷捕獲的微顆粒隨光鑷光束在血液樣品中進行周期性圓周運動或直線運動，該微顆粒在血液樣品中同時受到光鑷光束產生的作用力與血液樣品粘度產生的摩擦力的作用，當光鑷光束產生的作用力與血液樣品粘度產生的摩擦力達到平衡點，即光鑷作用力與摩擦力相等時，根據該臨界狀態下的摩擦力就可以確定出不同剪切速率下的血液樣品粘度。
本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法可使摩擦阻力的測量值精確到皮牛頓(10-12牛頓)，因而能夠實現血液粘度的精確測量。另外，由於採用一次性微量血液樣品晶片，因而待測樣品的需要量一般少於0.1毫升，所以能夠實現微量採血，而且測量系統無需清洗，從而可以避免由於清洗不乾淨而造成的測量誤差。此外，本發明還具有能夠實現血液粘度的精確快速實時測量、裝置簡單及操作方便等優點。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法進行詳細說明。
圖1和圖2分別為採用直立和倒置顯微鏡系統的本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置第1實施例組成示意圖。
圖3和圖4分別為採用直立和倒置顯微鏡系統的本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置第2實施例組成示意圖。
附圖中主要部件標號1雷射器 2動態微光學系統3反射鏡 4光學望遠系統545°雙色分束鏡 6高倍顯微物鏡，7三維微調節移動平臺 8微量血液樣品晶片9照明光源 10CCD攝像機11顯示器具體實施方式
光鑷是一種非侵入、非接觸型的顯微工具，其能夠利用雷射光束產生的力或動量來操作微小的顆粒，使微顆粒在光束軸向和徑向被雷射光束產生的力捕獲，從而使微顆粒按照指定的路徑隨光束運動。本發明是在動態光學元件作用下利用光鑷系統對含有直徑為5-10微米玻璃珠微顆粒的微量血液樣品中的微顆粒動態進行實時操控，以使微顆粒在血液樣品中做各種剪切速度的勻速運動。血液樣品中的微顆粒同時受到光鑷中會聚光束產生的驅動力和血液粘度造成的摩擦阻力，當驅動力與摩擦阻力平衡時，該微顆粒處於臨界狀態，此時其可以逃逸光鑷會聚光束。本發明正是基於這一原理來實現不同剪切速度下血液樣品的摩擦阻力及粘度的精確測量。
圖1和圖2分別為採用直立和倒置顯微鏡系統的本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置第1實施例組成示意圖。如圖1和圖2所示，本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置包括雷射器1、動態微光學系統2、反射鏡3、光學望遠系統4、45°雙色分束鏡5、高倍顯微物鏡6、三維微調節移動平臺7、微量血液樣品晶片8、照明光源9、CCD攝像機10和顯示器11。其中，動態微光學系統2採用透射式，而高倍顯微物鏡6則採用大數值孔徑的60倍物鏡以及100倍油鏡。當進行測定時，由雷射器1產生的TEMOO模首先經過光學望遠系統4而將其光束直徑壓縮。該壓縮光束然後進入光學顯微系統中設置的45°雙色分束鏡5。該45°雙色分束鏡5能夠將98％的入射雷射能量反射至高倍顯微物鏡6，並經該物鏡會聚成具有梯度力的光鑷光束而射向微量血液樣品晶片8並將懸浮於血液樣品中的微顆粒捕獲。同時CCD攝像機10經過高倍顯微物鏡6及45°雙色分束鏡5將血液樣品以及被光鑷捕獲的微顆粒攝製成像並可以通過顯示器11進行觀察。
圖3和圖4分別為採用直立和倒置顯微鏡系統的本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置第2實施例組成示意圖。本實施例與第1實施例唯一不同的是動態微光學系統2是採用反射式。
對於懸浮在溶液中的微顆粒，光鑷系統的作用力可表達為 其中η為血液樣品粘度，a為被光鑷捕獲的微顆粒半徑，T為微顆粒進行圓周運動的平均周期，r為微顆粒進行圓周運動的半徑。在此表達式中，a，T及r均為已知參數，如果確定出光鑷系統的作用力F作用力，則可以確定出血液樣品粘度η。
在光鑷系統本身，其作用力可由下式確定 其中n為樣品溶液的折射率，Q為光鑷效率，P為雷射光束功率，而c則為光速。在此表達式中，若參數n，Q，P及c均為已知，則血液樣品粘度η便可以由上述聯立方程確定。在公式(2)中，雷射光束功率P及光速c為已知常數，對於一個確定的光鑷系統，其效率Q也為一個確定的參數，其數值不隨待測樣品而變化，一般可以通過標準溶液及其已知的粘度值由上述公式(1)和(2)聯立來確定。樣品溶液的折射率n可以通過折射率儀測定，對於同類樣品，該參數變化不大。
因此，聯立方程(1)和(2)就可得出血液樣品粘度η的計算公式=(nQ)P2ac(T^2r)]]>
權利要求
1.一種利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置，其特徵在於所述的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置包括雷射器(1)、動態微光學系統(2)、反射鏡(3)、光學望遠系統(4)、45°雙色分束鏡(5)、高倍顯微物鏡(6)、三維微調節移動平臺(7)、微量血液樣品晶片(8)、照明光源(9)、CCD攝像機(10)和顯示器(11)。
2.根據權利要求1所述的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置，其特徵在於所述的動態微光學系統(2)包括動態透射式微光學系統和動態反射式微光學系統。
3.根據權利要求1所述的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置，其特徵在於所述的雷射器(1)採用TEMOO模作為光源。
4.一種利用如權利要求1所述的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置的測定方法，其特徵在於所述的測定方法是首先將血液樣品注入含有直徑為5-10微米玻璃珠微顆粒的微量血液樣品晶片上，然後通過光鑷系統將懸浮在血液樣品中的微顆粒捕獲，從而使被光鑷捕獲的微顆粒隨光鑷光束在血液樣品中進行周期性圓周運動或直線運動，該微顆粒在血液樣品中同時受到光鑷光束產生的作用力與血液樣品粘度產生的摩擦力的作用，當光鑷光束產生的作用力與血液樣品粘度產生的摩擦力達到平衡點，即光鑷作用力與摩擦力相等時，根據該臨界狀態下的摩擦力就可以確定出不同剪切速率下的血液樣品粘度。
全文摘要
本發明公開了一種利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法。裝置包括雷射器、動態微光學系統、反射鏡、光學望遠系統、45°雙色分束鏡、高倍顯微物鏡、三維微調節移動平臺、微量血液樣品晶片、照明光源、CCD攝像機和顯示器。本發明提供的利用動態光鑷技術測定血液粘度的裝置及其方法可使摩擦阻力的測量值精確到皮牛頓(10
文檔編號G01N33/49GK1712963SQ20051001444
公開日2005年12月28日 申請日期2005年7月8日 優先權日2005年7月8日
發明者袁小聰, 楊恩久, 步敬 申請人:天津米克萊特生物技術有限公司