咖啡环效应在生物医学检测中的应用

发布时间：2024-06-02 08:58

　　目前在生物医学检测中的方法主要是电化学方法和光学方法(比色法、荧光法等),虽然电化学和荧光法灵敏度高,重复性好,检测结果准确,但是这些方法需要复杂昂贵的仪器设备,专业的技术人员操作设备,增加了实验复杂性和检测成本,限制其应用和推广。而比色法操作简单,成本低,因此被广泛用于生物医学检测中。但是颜色是种复杂的信号,由色度、饱和度和亮度三个参数决定,不同人对于颜色的判定通常会受到各种主观和客观因素的影响(如周围环境的光线以及人对不同颜色敏感度的差异),另外成像设备参数的设定和样品的背景颜色等这些因素都会给检测结果带来不确定性。因此,急需发展一种有效简单的信号转换的方法用于现场快速的生物医学检测(point-of-care testing,POCT)。咖啡环效应是指当一滴咖啡或者茶滴落桌面,干燥后其颗粒物质就会在桌面上留下一个有色的环状物的现象。这种现象产生的原因主要是由于靠近液滴边缘的液体蒸发速率超过液滴中心的速率,从而产生一种毛细力使得液滴中的液体向液滴边缘移动,驱使溶质从液滴的中心转移到液滴的边缘,并随着液体蒸发而产生富集。当液体完全蒸发后,在基底上形成一个环形的图案。由于咖啡环效应独特...

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【部分图文】：

图1-1(a)液滴蒸发形成咖啡环图案(b)三相接触线脱钉的移动界面

首次对形成这类现象背后的原因进行了解释，并通过一系列的实验和理论研虑液滴表面张力梯度、重力及静电力等因素的影响，这类现象的形成需要符求：(1)液滴边缘处形成的三相接触线保持不变；如图1-1(a)（2）液滴蒸发积模式和接触直径不变模式；（3）溶剂可挥发，同时液滴边缘的蒸发速率超....

图1-2液滴蒸发形成咖啡环的机理，(a)毛细补偿流动；(b)接触线钉扎引起咖啡环效应的重要参数模拟

东南大学博士学位论文从图1-2中可解释咖啡环效应形成的机理，由于气-液-固三相接触线仍固定在原来的位置，同时又由于溶剂在液滴边缘蒸发速率超过中心的蒸发的速率补偿液滴边缘处溶剂蒸发的损耗，从而产生一种由中心向边缘扩散的由内往细作用力，最终使得液滴中的悬浮颗粒不断往液滴边缘流动并....

图1-3液滴蒸发模式（a）接触角不变模式，（b）接触半径不变模式

3液滴蒸发模式（a）接触角不变模式，（b）接触半径不效应”的因素动的影响(Marangonieffect)：由于表面张力不同的二种液体传送的现象，称为马兰戈尼效应。出现马兰戈尼效围表面张力小的液体的拉力强，产生表面张力梯向流动。Hu和Larson学者[5]于2006....

图1-5Marangoni对流的流场分布情况

a）PMMA荧光粒子的水溶液蒸发干燥的图案（b）PMMA荧光粒子的辛烷溶液图案在实验中解释了为何没有形成环状图案的原因主要是由于在液滴不不同，表面张力存在一定的差异梯度，中间位置处的表面张力大于液就导致液滴边缘的液体因受到张力梯度的影响而不断地向液滴顶部移会由中心位置向液滴边....

本文编号：3987116