מבוא

מהירות הנוזלי במיקרו-ערוצים היא אבן הפינה של מיקרו-השפעה מודרנית, המשפיעה ישירות על ההתקדמות באבחון ביו-רפואי, אספקת תרופות, סינתזות כימיות, והעברה חום במכשירים קומפקטיים אלה, בקנה מידה תת-מילימטר, התנהגות זרימה מתפוגגת באופן חד-משמעי ממערכות מאקרו-אזוריות קטנות, מפלטי-אווירה, וכוחות מסורתיים כגון צינורות-אוויריים (לעתים קרובות) או צינורות-אוויריים (לעיתים קרובות) אטומיים) עם מגבלות מהירות) אטומיים (לעיתים קרובות יותר ממערכות מגנטיות) מקיפים (לעיתים קרובות יותר מדי) או אטומיות) אטומיות) אטומיות (לעיתים קרובות יותר ממערכות אטומיות) עם מגבלות מהירות) הן בעלות מגבלות מהירות) אטומיות) או אטומיות) אטומיות (אומטרידות) אטומיות) הן בעלות מגבלות מהירות (לעיתים קרובות יותר מדי) קטנות יותר מדי) הן בעלות מגבלות מהירות) בעלות מגבלות מהירות) של אטומיות קטנות יותר מדי) של אטומיות (אומטרידות) של אטומיות (לעתים קרובות יותר מדי) הן בעלות מגבלות מהירות) של גולגולתיות (לעיתים קרובות יותר מדי) הן בעלות מגבלות מהירות) הן נמוכות מדי

כדי להעריך מדוע כל טכניקה עובדת, זה עוזר לזכור תחילה את המגבלות הבסיסיות של זרימת המיקרו-ערוצית.השליטה של כוחות ה-cous פירושה שפרופילי מהירות הם בדרך כלל פרבוליים (זרימה חשמלית) בערוצים סטרייטים, עם אפס חלק בקירות.עם זאת, גאמסטרים מורכבים, זרמי פיזור מרובים, או נוזלים ביולוגיים יכולים לייצר דפוסים טרנספורמטים או תלת-ממדיים הדורשים מתקדמים.

המונחים: Microchannel Measurement

זרימת מיקרו ערוצים מאופיינת בקנה מידה קטן (מיקרומטר למילימטרים) ומספרים נמוכים של ריינולדס (בדרך כלל Re < 100, לעתים קרובות < 1) בתנאים כאלה, זרימה היא laminar ו-Digitalistic - הפרעות כמעט נעדרות.זה מפרט מהירות פרופיל מהירות או מהירות מגע; אבל גם אומר כי כל מדידה חייבת להפריע את זרימתם כמה שיותר ככל האפשר פרמטרים מרכזיים הכוללים פתרון תת-טווח (מהירות) או מהירות מיקרו-אווירית (מהירות)

שיקול חשוב נוסף הוא הצורך בנתונים מהירים במספר ממדים.בעוד שמדידות נקודה (למשל, במיקום יחיד) מספיקות עבור יישומים מסוימים, שדות דו-ממדיים או תלת-ממדיים מלאים מספקים תובנה עשירה יותר של שילוב, היווצרות מערבולת, והובלת חלקיקים.טכניקות מודרניות רבות להשתמש בסריקה או הדמיה בנפח כדי לשחזר את שדה זרימת הדם.

טכניקות אופטיות

שיטות אופטיות נשאר הקטגוריה הנפוצה ביותר עבור velocimetry microchannel, מינוף אור גלוי כדי אינטראקציה עם נוזל עצמו או חלקיקים עוקבים נוספים. הם מציעים החלטה גבוהה, חוסר פולשניות, ואת היכולת ללכוד נתונים שדה שלם.

Particle Image Velocimetry (PIV) ו- Micro-PIV

(FLT:0) חלקיקים של photo Velocimetry (PIV) מקטין את האותות שדה (FLT) הוא טכניקה בוגרת שבה הנוזל מושרש עם חלקיקים זעירים זעירים (למשל, פוליסטרון מלומד סביב חלקיקים קוונטיים של חלקיקים במרחק של חלקיקים זעירים (pcent nanosphersphersphersphersphers) הוא לעתים קרובות מיקרוסקופי לייזר מלוטש (D) של תאים דקים של ערוץ, ומהירות גבוהה יותר של 2 תמונות מיקרוסקופיות מהירות) של מיקרוסקופיות (F) עם מיקרוסקופיות מהירות גבוהה יותר מקודמותק (ממותק 2 מיקרוסקופיות).

לייזר דופלר Velocimetry (LDV) ו- Micro-LDV

(FLT:0Laser Doppler Velocimetry (LDVir)FLT:1 משתמש שינוי דופלר של אור מפוזר על ידי חלקיקים חוצים קבוצה של שוליים הפרעה.שני אמברגים לייזרים קוהרנטיים בנקודת המדידה, יצירת דפוס שולי בלבד.

אוונסנט גל Velocimetry

(בסביבותיה מאוד קרוב לקיר הערוץ (עם 100-500 נמטר), טכניקות גל ⁇ לנצל השתקפות פנימית מלאה. לייזר מכוון לממשק הקיר-fluid מעבר לזווית הביקורתית, ומייצר שדה אלקטרומגנטי מתפורר באופן אקספוננציאלי, המאגד רק מאות ננומטרים לתוך נוזל. Fluorescently labelr בתוך שכבה זו הם מעוררים תמונה חשובה ודמית, הנקראת לעתים קרובות microvelicstial:

Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) ו- Fluorescence Cross-Correlation

במקום לעקוב אחר עמדות חלקיקים, (FLT:0) פלואורינג ספקטרום (FCS)SIRFLT:1 לפקח על תנודות אינטנסיביות מנפח תצפית קטן (femtoliters) כמו מולקולות פלואו חלקיקים או nanoparticles diffuse וזרימה באמצעות זה, על ידי תיקון האות, אחד יכול לחלץ הן coffusions coefficients וזרימה יתרון מינימלית של צבע.

שיטות מבוססות חלקיקים מעבר ל- PIV

Nanoparticle Tracking Analysis (NTA)

בעוד NTA משמש לעתים קרובות למדידת גודל חלקיקים הפצה, זה יכול לספק מידע מהירות אם הזרם ידוע או נשלט. מצלמה עוקב אחר התנועה בראוניאן ומודעה של חלקיקים (20-1000 nm) בשדה קטן של ראייה.המסגרת של כל חלקיק מניבה מהירות וקטור מ עקירעת הרשת שלו לאורך זמן.

Particle Streak Velocimetry (PSV)

ב-PSV, הדמיה לטווח ארוך מתעדת את ה streaks שנוצר על ידי חלקיקים נעים מואר על ידי מקור אור מתמשך.אורך וכיוון של כל סטרק קוד מהירות וכיוון. PSV הוא פשוט יותר מאשר PIV כי זה לא דורש שתי זרמי סינכרון לאחור; תמונה חד-טווח יכול להניב שדה, בתנאי חלקיקים הם מספיק קל להימנע חפיפות חלקיקים מורכבים, לעתים קרובות יותר מאשר מיקרוסקופית מיקרוסקופית, אבל זה לא יכול לשפר את רמות אלקטרו-מדומים.

שיטות חשמל ומגנטיות

התחדשות מגנטית Velocimetry (MRV)

רונסון מגנטי Velocimetry להתאים עקרונות MRI למיקרוסקופים על ידי שימוש הדמיה בשלב-contrast. ספין הגרעיני של פרוטונים (במים או נוזלים מתאימים אחרים) מתואמים בשדה מגנטי חזק ולאחר מכן מוטרד על ידי הדופקים אלקטרו-קודמיים (ממגנטיים) בתוך מיקום מרחבי ⁇ מגנטיים זעירים, ואת המהירות מקודמת באמצעות שלב זה נגרמת על ידי מעברים.

אלקטרו-כימיקלי Velocimetry

טכניקה זו משתמשת microelectrodes מוטבעת בחומה הערוץ כדי למדוד את שיעור העברת ההמונים של מינים אלקטרואקטיביים.הזרם תלוי מהירות זרימה ליד משטח אלקטרודה (convection-diffusion) על ידי התייחסות זרם למהירויות באמצעות calibration או מודל תיאורטי, ניתן לקבוע מהירויות מקומיות ליד משטח אלקטרו-כימיקליים הם חזקים מכנית ויכולים להשתלב לתוך מעבדה-on-apchi, אולי הם זקוקים לשינויים חשמליים בלבד.

המונחים: Velocimetry

בגישה זו, זוג מיקרו-אלקטרוניקה חל מתח AC, ואת הדחף ביניהם הוא מודמנט על ידי חלקיקים או בצלים בזרם. על ידי שימוש בשני זוגות בגיאומטריה ידועה (למשל, זמן של סידור טיסה), זמן המעבר של הפרעה יכול להיות מומר למהירות.

חיישן מיקרו-מפוסק (MEMS)

מערכות מיקרואלקטרוניקה מציעות מהירות ישירה, בערוצים, עם אופטיקה חיצונית מינימלית.שני סוגים עיקריים קיימים: FLT:0thermal anemometersuaFLT:1 ו-FLT:2cantilever-basedחיישנים חיישנים FLT 3:0thermal anemometers.

(FLT:0) aemometersFLT:1 מסתמכ על אלמנט מחומם (למשל, נוגד פלטינה) כי הוא קריר על ידי נוזל נעים.הכוח הנדרש כדי לשמור על טמפרטורה קבועה (או שינוי הטמפרטורה בעוצמה קבועה) מתאמים עם מהירות זרימה. על ידי ייצור חיישנים מרובים לאורך ערוץ, אחד יכול למדוד פרופילים מהירות.MS תרמיים הם מדממים רגישים, כמו חום, ואפקטיביים, הם יכולים להשיג תכונות רגישות, כמו חום, כמו גם חום, כמו גם לחץ דם, כמו גם כן, ואפקטיביות, חום, ואפקטיביות, כמו גם יכול להיות מסוגל להשיג, חום, חום, כמו גם כן, ואפקטיביות גבוהה, כמו גם כן, הם יכולים לגרום לטמפרטורה גבוהה יותר, כמו גם כן, חום, חום, ואפקטיביות, ואפקטיביים, כמו גם כן, הם יכולים להיות מסוגל להיות מסוגל לגרום לטמפרטורה גבוהה, כמו גם כן, חום, כמו גם כן, כמו גם כן, חום, כמו גם כן, כמו גם כן, לחץ דם גמישים, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, הם יכולים להשפיע על ידי גירוי חום, הם יכולים להשפיע על טמפרטורת חום, כמו גם כן, לחץ דם חום, כמו טמפרטורת חום, כמו

(FLT:0) חיישנים המבוססים על חיישנים 1FLT (ממד את כוח הגרור המופעל על ידי הזרם על קטיפה זעירה.ההההה (מחושת באופן אופטי או ⁇ ) הוא פרופורציונלי למהירות המקומית המקובעת. חיישנים אלה רגישים מאוד במהירויות נמוכות אך יכולים להיות שבריריים ועשויים להפריע את השדה.

גישות מתפתחות ו היברידיות

ההתפתחויות האחרונות המרגשות ביותר משלבות עקרונות מדידה מרובים עם אינטליגנציה מלאכותית כדי לחלץ מידע מהיר מהנתונים הגולמיים שאחרת יהיו מעורפלים.

Machine-Learning-Assisted Velocimetry

למידה עמוקה הופכת את החילוץ המהיר במספר דרכים.רשתות עצביות מהפכתיות (CNN) יכולות לבצע מעקב חלקיקים מקצה לקצה מרצף תמונות, בעיות טיפול כגון אוקטלוסון, צפיפות חלקיקים גבוהה, ומחוץ למקדשטוש (FLT:0) פיזיולוגים-מודעים רשתות עצביות (PINN)FLT:1) משלב את משוואות נווארי-סטרואק ניסיוניות כאפקטיבי של אמצעי אחסון, אפילו מתחומים פיזיים מוגבלים, אשר ניתן להפחית את ההשפעות המוגבלות.

המונחים: Optofluidic Resonators

התחדשות Whispering-gallery-mode (WGM) - חללים אופטיים שנוצרו על ידי מיקרו-סדרה או מחזרי טבעת - רגישים להפליא לשינויים באינדקס השביר שנגרם על ידי תנועה נוזלית ליד פני השטח שלהם. כמו חלקיקים או ⁇ טמפרטורה אדסנסציה אדמדן לפני ה-Reson, משמרות הגל המחודשות.

אולטרה סגול Velocimetry במיקרו-אזור

אולטרסאונד גבוה ⁇ (MHz טווח) יכול להיות ממוקד כרכים תת-מילימטר ומשמש כדי לזהות שינויים דופלר מתפזרים (למשל, תאים, microbubbles) בעוד אולטרסאונד יש חדירה מצוינת דרך חומרים ⁇ , פתרון מרחבי שלה במיקרו ערוצים הוא בדרך כלל עשרות עד מאות מיקרומטר - חסר עבור ערוצים צר מאוד.

ניתוח השוואתי של טכניקות

בחירת שיטת הvelocimetry הנכונה תלויה בהתקפי המסחר בין החלטה, פולשניות, מהירות ומורכבות.הסיכום הבא מדגיש ניגודים מרכזיים:

  • (FLT:0)μPIVigFLT:1: מספק 2D או stereoscopic 3D שדות עם פתרון מרחבי תת-מיקרומטר ורזולוציה temporal sub-milliII דורש גישה אופטית חלקיקים תצפית פלואורסנט. אידיאלי עבור מכניקת נוזלים ואופייזציה של מכשירים.
  • (FLT:0 LDVIRLT:1) ; רזולוציה גבוהה יותר של זמן (מיקרו שניות) ודיוק נקודה מעולה.טוב למעקב אחר טרנסים מהירים או סימולציות של נקודות בודד הוא זמן-consuming.
  • (FLT:0MRVigFLT:1): לא פולשני, תלת-ממדי, פועל באמצעות חומרים ⁇ .רזולוציה מרחבית נמוכה (~ 10-100 מיקרומטר) ועלות גבוהה.
  • (FLT:0) חיישנים שלMEMSIRFLT:1: עלות נמוכה, קומפקטית, משולבת בקלות למכשירים מבוססי שבב.ספק נקודה או מדידה ממוצעת; יכול לשנות טמפרטורה מקומית או זרימה.
  • (FLT:0) Machine-learning RecoveryFLT:103) ניתן להפחית את דרישות הנתונים הניסוייים באופן משמעותי.דרוש מערכות הכשרה או מגבלות פיזיקליות.עדיין מתעוררות במיקרו-השפעה, אך מבטיחות עבור גיאוגרפיות מורכבות.

עבור יישומים רבים, שילוב של טכניקות מניב את התוצאות הטובות ביותר - לדוגמה, באמצעות μPIV עבור מיפוי שדה רחב וחיישנים MEMS עבור ניטור מתמשך.

תגיות Key Fields

היכולת למדוד מהירות מיקרו-ערוצית בדיוק פתחה התקדמות בתחומים רבים:

(FLT:0) Biomedical EngineeringFLT:1: בתקני מיקרו-השפעה לניתוח דם, פרופיל המהירות ליד קירות כלי שיט משפיע על דבקות תאים ו aggregation. μPIV שימש כדי ללמוד כיצד מחלה תאית חולה משנה את עיוות הדם האדום ואת עמידות זרימת הדם.

(FLT:0Chemical ProcessingFLT:1): מיקרולוגיים עבור ננו חלקיקים סינתזה או כימיה זרימה רציפה דורשים התפלגות זמן מגורים מדויקת.Vocity מיפוי מסייע לזהות אזורים מתים או אזורי החלמה המשפיעים על אחידות המוצר. MRV הוא אטרקטיבי במיוחד כאן כי תגובות כימיות רבות מתרחשות במכות מתכת או סיליקון.

(FLT:0) אלקטרוניקה CoolingFLT:1: כמו צנייני כוח שבב עולים, כיור חום מיקרו ערוצים להיות קריטי. measuring את המהירות של קירור (מים, נוזלים דיאלקטריים) מאפשר מהנדסים לייעל את הערוץ הגיאומטריה ואת מערך פינים עבור העברת חום מקסימלית עם ירידה מינימלית לחץ.

(FLT:0) ניטור סביבתי (Environmental MonitoringFLT:1: חיישנים מיקרופלודיים לשימוש באיכות מים זורמים מהירות כדי לשלוט הזרקת הדגימה ולזהות מדידת מהירות גבוהה נדרש כדי לזרז את קריאת ריכוז.

כיוונים עתידיים

(ב) כמה מגמות יעצבו את הדור הבא של velocimetry microchannel. One הוא המעבר לכיוון (FLT:0) שיטות ללא-חופשיות של microchannels velocimetry: הפחתה של זמן ההכנה והימנעות מבעיות ביו-התאמה (הכוללתתרמיוניות) של אלגוריתמים חשמליים וחיישנים פוטוניים (Dicial Reduction) אחרים הם שילוב של velocimetry עם LTF:2abiture אינטליגנציה מלאכותית על ידי מערכת ההפעלה:

מסקנה

משיטות אופטיות מבוססות חלקיקים ועד להתחדשות מגנטית ומ-MS, תיבת הכלים למדידת מהירות הנוזלית במיקרו-ערוצים עשירה והתרחבות אי פעם.כל טכניקה מציעה איזון ייחודי של פתרון מרחבי, תגובה זמנית, פולשניות, ועלות. בחירת השיטה תלויה בזרימות המדעיות או ההנדסיות הספציפיות שבידיהם – בין אם היא דורשת מיפוי שדה שלם, נקודה, או ניטור רציף של ה- Asidicientology, ימשיכו לתובנות מדויקות, ולשלוט, ולשלוט, כדי לפתח את המשתנים, ולהוביל רק לטכנולוגיות מדויקות, ולהוביל לטכנולוגיות מדויקות יותר, ופתרונות מדויקים, וטכנולוגיות מסחר, ואופטימיים, ומאובטחות, או ביולוגיה, רק לטכנולוגיות מדויקות יותר, או ביולוגיה, רק לטכנולוגיות מדויקות יותר, או ביולוגיה, או , או למערכות בקרה, או למערכות בקרה, או למערכות בקרה, או ביולוגיה, יכולות להמשיך למערכות כימיות, באופן מדויק יותר, באופן מדויק יותר, או למערכות כימיות, באופן מדויק יותר, או למערכות בקרה, באופן מיידיות, יכולות לכדי למערכות כימיות, או , או , או ביולוגיה, כדי לפתח למערכות בקרה, כדי לפתח למערכות בקרה, או למערכות כימיות,

(ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]