【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于确定可变形体的流变特性的方法以及一种被布置成用于这种确定的装置。
技术介绍
1、探询材料的机械行为对于理解其结构与功能之间的关系具有重要意义。例如，橡皮筋的弹性行为源于其组成的聚异戊二烯分子的熵拉伸。玉米淀粉的剪切增稠特性意味着动态堵塞结构的存在[1]。以及细胞聚集体的类流体粘性行为可以与细胞间的间歇性相互作用相关联[2-4]。大多数材料在不同的时间尺度下观察时，会表现出不同的机械行为。这种现象被归因于粘弹性，已被广泛研究，旨在揭示复杂的机械性能并探索新型材料[5]。表征机械特性也一直处于生物物理研究的前沿。阐明生物物质的弹性和粘性特性为理解细胞过程、形态发生或机械特性在疾病中的作用提供了重要的见解[6-8]。
2、材料的机械性能通常通过其应力(单位面积上的力[pa])-应变(材料的相对位移[-])关系来量化。为了表征不同时间尺度上的材料响应，这些特性通常在频域中表示。傅里叶变换后的应力和应变信号的比率定义为：
3、
4、其中ω是角频率。复模量g*(ω)通常用于描述材料的粘弹性行为：
5、g*(ω)＝g′(ω)+ig″(ω), (2)
6、其中，g’和g”分别是储能模量和损耗模量。
7、在频域中对机械特性的测量常规地在振荡流变仪中进行，但由于硬件限制，这些测量既耗时又受限于可达的频率范围。此外，软性、活性材料，诸如单个细胞或组织，通常太小，无法使用传统流变仪进行探测。尺寸限制促进了专门用于较小长度尺度(从纳米到厘米的范围)探测技术
8、最近的研究表明，在高频范围内，细胞的粘性特征占优于弹性特征。这种行为可以被解读为粘性细胞质和单个细胞骨架丝的松弛模式的共同贡献[22,23]。因此，探索高频下的机械特性有助于研究细胞的微观结构特性，这些特性有助于其机械行为。克服这些挑战的一个方法是进行单次时间分辨测量。通常，获得的时间相关信号随后会被拟合到预定义模型，诸如maxwell液体、kelvin-voigt固体或两者的组合[24-29]。拟合模型隐含地规定了某种粘弹性行为，并限制了对研究样本新特性的探索。为了规避这一点，最近的努力尝试直接地[30]或在拟合到预设函数之后[31]将时域中的进行的测量转化到频域。然而，问题在于，所测得的信号过于复杂，无法描述为连续的解析函数，且通常伴随有不同来源的噪声。图1解说了在理想标准线性固体(sls)应力和应变信号[(a)和(c)]上添加即使是中等随机噪声如何极大地改变使用等式(1)和(2)根据傅里叶变换信号计算出的所得的频率相关模量[(b)和(d)]。
9、更详细地说，图1示出了模拟标准线性固体材料的粘弹性行为。(a)sls材料的理想应力σ(黑色)和应变ε(灰色)信号以时间的函数示出。(b)sls材料的储能模量g’(深灰色圆圈)和损耗模量g”(浅灰色方块)是通过等式(1)根据(a)中的信号的傅里叶变换计算得出的。(c)sls材料的应力σ和应变ε信号在时间上示出，并伴随有随机噪声。(d)根据(c)中信号的傅里叶变换计算得出的sls材料的储能模量g’和损耗模量g”被显示出。虚线灰色线表示无噪声的储能模量和损耗模量。在粘弹性材料的弹簧-阻尼模型(sls模型)中，模拟的sls分量为针对弹簧的e0＝3/2pa和e1＝3/28pa以及针对阻尼的η＝45/20pa s。采样频率为5000hz。随机噪声的均值为零，且应力信号和应变信号的标准差分别为0.25pa和0.15pa。
技术实现思路
1、鉴于这些缺点，显然需要无偏方法来从单一的时间相关信号中提取材料的复模量，而无需拟合预定义的模型。
2、专利技术人发现，利用具有零均值和短时相关性的噪声的统计特性，并使用修改的傅里叶变换来增强信噪比的统计方法，是解决该问题的方案。
3、因此，本专利技术由独立权利要求来限定。优选实施例在各自的从属权利要求中列出。
4、根据权利要求1，一种用于确定可变形体的流变特性的方法包括引导浸没流体中的物体通过微流体通道的步骤。流变特性通常描述待分析体的复模量。该复模量描述了材料的粘弹性行为，如前述等式(2)所述，其实部和虚部分别为储能模量和损耗模量。该物体可以是细胞，包括人体细胞和动物细胞/植物细胞两者。它们还可以是液滴或可变形的微观珠粒。其他可变形体也是可能的。在这些物体中，使用人体细胞和动物细胞、优选地人体细胞尤为重要，因此是优选的。在细胞的情况下，优选为个体化细胞，即不是以相互粘附的细胞簇形式排列的细胞，而是以个体、非粘附的细胞形式存在。
5、浸没流体是指能够浸没这些物体并能传输它们(优选地不改变其特性)的液体。在细胞的情况下，优选地，浸没流体具有生理成分，使得浸没的细胞不受流体存在的负面影响。微流体通道是表面力主导体积力的通道，这也是微流体学与宏流体学的区别所在。
6、然后，测量这些物体如何因由于与周围流体的流体动力学相互作用而施加在物体上的力引起变形。一般来说，当液滴被引入剪切流中时，将会受到该流的作用而发生变形。通过测量变形与力的依赖关系(力可以根据已知的通道内流体动力学计算得出)，可以确定物体的机械特性。测量可以通过以下方式完成：在可变形体被引导通过通道时、特别是在通道中周围流体对其施加了显著的力的那些部分中，利用相机拍摄这些可变形体。
7、为了测量那些变形，可以使用例如耦合到数字相机的显微镜，其观察物体在被引导通过通道并发生变形时的情况。然而，也可以使用记录的图像，然后在物体被引导通过通道后的某个时间进行分析。
8、利用由此获得的变形，可以测量物体的流变特性。特别地，可以通过相对简单的流体动力学计算获得施加在它们上的力，如dealy,j.m.,wissbrun,k.f.(1999)在《拉伸流特性及其测量》中所解释的，该文载于《熔体流变学及其在塑料加工中的作用》，springer，dordrecht，https://doi.org/10.1007/978-94-009-2163-4_6。通过获得变形，并将其与力相关联，可以获得物体的流变特性。
9、根据本专利技术，物体的高频流变特性是使用截断傅里叶变换来确定的。高频流变特性是指高于预定阈值频率的那些特性。在一些实施例中，使用了10rad/sec.的阈值频率。截断傅里叶变换定义为
10、
11、这里，z是非负实数，其定义了反向截断本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于确定可变形体的流变特性的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用所述测量数据的平均值和/或中位数的傅里叶变换来确定的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用滚动平均值、优选为滚动算术平均值、和/或滚动中位数来确定的。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用加权平均值、优选为加权算术平均值来确定的。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用未加权平均值、优选为未加权算术平均值来确定的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述流变特性包括所述可变形体的频率相关复模量。
7.一种用于确定可变形体的流变特性的装置，所述装置包括：
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述微流体通道被布置成在所述流体通过通道流动时于所述流体中产生两个或更多个线速度变化。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，在所述微流体通道内产生的两个或更多个线速度增加导致所述物体中不
10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中，所述通道包括用以在所述流体中产生线速度变化的、具有双曲线轮廓的区域。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的装置，其中，所述通道具有矩形横截面形状。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于确定可变形体的流变特性的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用所述测量数据的平均值和/或中位数的傅里叶变换来确定的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用滚动平均值、优选为滚动算术平均值、和/或滚动中位数来确定的。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用加权平均值、优选为加权算术平均值来确定的。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述物体的低频流变特性是使用未加权平均值、优选为未加权算术平均值来确定的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·霍费迈尔阿布哈图姆，F·雷歇尔，J·R·古克，V·扎布尔达耶夫，官晖舜，
申请(专利权)人：马普科技促进协会，
类型：发明
国别省市：
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