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4月20日，第四屆微納尺度流動研討會在杭州成功舉辦，會議深入探討了微流動技術(shù)發(fā)展、復(fù)雜流動現(xiàn)象機理、生物流體力學(xué)等諸多前沿課題。
千眼狼科學(xué)儀器攜自主研發(fā)的高速攝像機、sCMOS科學(xué)相機、粒子圖像測速（PIV）系統(tǒng)參會，并向與會專家、學(xué)者展示了微納尺度流動研究領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。
應(yīng)用方向1—微流控
微流控技術(shù)涉及到液滴生成、操控以及細胞在微通道內(nèi)復(fù)雜流動現(xiàn)象。
高速攝像機，時間顯微鏡，憑借高時間分辨率，清晰捕捉液滴在微流控芯片通道中的高速分裂、合并以及與通道壁面相互作用的瞬態(tài)過程。
微流控芯片的微通道中，流體流動呈現(xiàn)出復(fù)雜的層流、渦流現(xiàn)象，傳統(tǒng)點式測量方法難以獲取詳細速度場信息。Micro-PIV流場測量系統(tǒng)通過在微流體中摻入示蹤粒子，利用激光片光源照射，采用高速攝像機記錄示蹤粒子的運動，再結(jié)合互相關(guān)PIV算法分析，高精度獲取微通道內(nèi)流體的速度矢量場。
應(yīng)用方向2—液滴動力學(xué)
液滴動力學(xué)是微納尺度流動研究中的熱點之一，液滴撞擊壁面、液滴的反彈和融合、衛(wèi)星液滴的生成等行為通常在極短的時間內(nèi)完成。高速攝像機憑借百納秒級曝光時間與數(shù)萬幀/秒的超高幀率，將瞬態(tài)過程分解為時空序列圖像，科研人員基于序列圖像，測量濺射液滴的尺寸分布、反彈速度、撞擊壁面時的接觸角等動力學(xué)指標。
液滴在形成、分裂、撞擊過程中，內(nèi)部流場亦會產(chǎn)生細微且快速變化的流動結(jié)構(gòu)，micro-PIV系統(tǒng)可突破傳統(tǒng)測量手段難以捕捉微小流場變化的局限，清晰呈現(xiàn)出液滴內(nèi)部微小漩渦的形成、發(fā)展和演化，并表征液滴內(nèi)部不同區(qū)域之間的速度梯度變化，為液滴內(nèi)部流動機理研究提供數(shù)據(jù)支撐。
應(yīng)用方向3—生物流體力學(xué)
生物流體力學(xué)關(guān)注生物體內(nèi)的流體現(xiàn)象，如細胞在生物流體環(huán)境中的運動等。細胞運動研究中，通過熒光標記細胞表面的特定分子或細胞內(nèi)的骨架蛋白，利用sCMOS科學(xué)相機可以實時監(jiān)測這些分子在細胞運動過程中的動態(tài)分布和變化，揭示細胞運動的分子機制以及細胞與外界信號之間的響應(yīng)關(guān)系，為深入研究細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和分子機制提供有力工具。
應(yīng)用方向4—界面流動
界面流動關(guān)注氣液、液固之間的界面現(xiàn)象，如液體在微納結(jié)構(gòu)表面上的鋪展、破裂、潰滅等現(xiàn)象。利用時間的顯微鏡高速攝像機可捕捉界面的動態(tài)變化過程。
應(yīng)用方向5—微射流
微納尺度下射流，容易受表面張力、粘彈性效應(yīng)、溫度梯度等因素影響，形態(tài)會發(fā)生變化，如起始段、發(fā)展段會出現(xiàn)變形、拉伸、彎曲、斷裂等現(xiàn)象。
基于高速攝像機的高速攝影技術(shù)，可視化完整記錄射流從微米級噴嘴噴出初期的直線段逐漸過渡到彎曲和波紋狀形態(tài)，為射流的形態(tài)演變提供圖像數(shù)據(jù)。
粒子圖像測速PIV流場測量系統(tǒng)，通過在微納尺度射流流體中添加示蹤粒子，利用激光片光源照亮測量區(qū)域，并通過高速攝像機采集粒子圖像，經(jīng)PIV算法分析得到射流的速度場分布，可進一步通過圖像處理，計算得到渦量場，揭示渦結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律及其對射流破碎機制的影響。
結(jié)語
從瞬態(tài)現(xiàn)象觀測，到測量數(shù)據(jù)揭示流體機理，高速攝像機、sCMOS科學(xué)相機、PIV系統(tǒng)的科學(xué)儀器組合，正在微納尺度流動研究中發(fā)揮著重要作用。隨著高速攝像機時間分辨率持續(xù)進化，科學(xué)相機靈敏度進一步提高，PIV系統(tǒng)全場解析能力不斷增強，科研工作者們將在微流控、液滴動力學(xué)、界面科學(xué)、生物流體力學(xué)等細分領(lǐng)域研究中，不斷拓展微納流體在時空尺度下的認知邊界。
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