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龙图腾网获悉中国水利水电科学研究院申请的专利一种测量剪切流中藻细胞游动特征的实验装置及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120249014B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-26发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510372305.3，技术领域涉及：C12M1/00；该发明授权一种测量剪切流中藻细胞游动特征的实验装置及方法是由丁升;曾利;王博涵;黄鑫伟;冷乾坤;钟凯月;陈小莉;韩瑞;张海文;赵懿珺;刘彦;刘赞强;梁洪华;张强设计研发完成，并于2025-03-27向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种测量剪切流中藻细胞游动特征的实验装置及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种测量剪切流中藻细胞游动特征的实验装置及方法，所述实验装置包括依次连接的气压源、压力泵、储液瓶、流量计、微通道以及废液瓶；所述方法包括根据实验工况确定平均流量以制造稳定的剪切流，拍摄藻细胞运动轨迹图像序列，通过观测到的藻细胞运动轨迹，得到藻细胞的迁移速度V的分布，结合解析方法计算得到藻细胞随流速度Vflow的分布，进而计算得到剪切流中藻细胞游动特征，包括自身游动速度Vs和角速度ω。本发明实现了剪切流中藻细胞运动行为的高精度测量，将实验方法与解析方法相结合，填补了以往研究无法获取藻细胞自身游动速度、角速度等游动特征的不足，为微生物水力学在更为细致微观尺度的发展提供了技术支撑。

本发明授权一种测量剪切流中藻细胞游动特征的实验装置及方法在权利要求书中公布了：1.一种测量剪切流中藻细胞游动特征的方法，其特征在于，所述方法基于实验装置，所述实验装置包括依次连接的气压源、压力泵、储液瓶、流量计、微通道以及废液瓶，所述气压源与压力泵、压力泵与储液瓶之间均通过连接管连接，所述储液瓶与流量计、流量计与微通道的进口、微通道的出口与废液瓶之间均通过导管连接，所述装置还包括相连接的荧光显微镜和高速相机，高速相机安装在荧光显微镜的载物台下方，微通道设置在荧光显微镜的载物台上；所述气压源用于为压力泵提供基础压力；所述压力泵用于输出设定的恒定压力，以在储液瓶中制造内外压力差；所述储液瓶为密闭式，内有藻细胞溶液，在内外压力差作用下，藻细胞溶液经导管输送至微通道形成剪切流；所述流量计用于实时监测压力泵泵入的流量；所述微通道用于形成剪切流；所述废液瓶用于收集由微通道出口流出的藻细胞废弃溶液；所述荧光显微镜用于制造荧光场环境，诱导藻细胞产生特征荧光信号，同步实现显微图像放大并滤除其他杂光；所述高速相机用于拍摄藻细胞在剪切流中的图像序列； 所述方法包括以下步骤： 步骤1、配置一定浓度的藻细胞溶液，连接实验装置并检查实验装置的气密性； 步骤2、调整微通道的位置，使得高速相机拍摄画幅的中心与微通道的中心位置对应，同时微通道前、后壁面与拍摄画幅的长边框平行； 步骤3、根据实验工况确定平均流量，采用压力泵设定储液瓶中的压力，根据流量计实时的监测流量，不断调整其压力大小，直到测得的流量保持稳定且与要求的平均流量一致，以制造稳定的剪切流； 步骤4、首先利用高速相机在明场环境中拍摄一张图像，用以标定微通道前、后壁面，即分别对应拍摄图像的上、下边界；然后关闭光源，在荧光场环境中拍摄图像序列，每组实验记录时长为五分钟，多次重复实验，直至有效藻细胞运动轨迹达到上万条为止； 步骤5、对拍摄的图像序列进行处理，设置直径、亮度阈值识别藻细胞，提取藻细胞运动轨迹的坐标数据，并根据标定的拍摄图像的上、下边界剔除观测区域之外的轨迹，只保留观测区域以内的轨迹； 步骤6、通过观测到的藻细胞运动轨迹，得到藻细胞的迁移速度V的分布，结合解析方法计算得到藻细胞随流速度Vflow的分布，进而计算得到剪切流中藻细胞游动特征，包括自身游动速度Vs和角速度ω；具体包括以下步骤： 步骤61、计算藻细胞的迁移速度分量：根据实验观测到的藻细胞运动轨迹的位置坐标，除第一个点采用前向差分，最后一个点采用后向差分外，对轨迹上的其他点采用中心差分格式计算，即可得到每条轨迹的藻细胞在不同位置处的迁移速度分量Vx、Vy： 第一个点： 最后一个点： 其他点： 式中：x、y分别为藻细胞的坐标，其下标分别表示不同点的坐标，μm；Vx、Vy分别为迁移速度分量，其下标表示不同点的迁移速度分量，μms；Δt为轨迹上相邻点的时间间隔，s； 步骤62、计算藻细胞的随流速度分布：在剪切流环境中，微通道宽度方向不同位置处的随流速度在y方向的分量为0，在x方向的分量Vflow_x通过解析方法求得，计算公式为： 式中：a、b分别为微通道宽度、高度的一半，μm；为压力，Kgμm-1s-2；μ为液体的动力粘度，Kgμm-1s-1；i为级数求和的索引变量；Q为平均流量，μm3s； 步骤63、计算藻细胞自身游动速度及其分量：藻细胞在剪切流中的迁移速度V分为两部分，一是自身游动速度Vs，即藻细胞通过鞭毛驱动主动产生的游动速度，二是随流速度Vflow，即藻细胞所在位置处的水流运动速度；迁移速度V是自身游动速度Vs、随流速度Vflow的叠加，即： V＝Vs+Vflow6 式中：V、Vs、Vflow的单位均为μms； 根据藻细胞的迁移速度及其所在位置处的随流速度，计算藻细胞自身游动速度Vs及其分量Vs_x、Vs_y，计算公式如下： Vs_x＝Vx-Vflow_x7 Vs_y＝Vy8 步骤64、计算藻细胞的角速度：根据藻细胞的游动速度的分量，计算其运动方向θ，计算公式为： 根据藻细胞各个轨迹在不同时刻的运动方向，计算藻细胞运动方向变化，即可得到藻细胞的角速度ω，计算方法为除第一个点采用前向差分，最后一个点采用后向差分外，对轨迹上的其他点采用中心差分格式计算： 第一个点： 最后一个点： 其他点： 式中：θ为藻细胞运动方向，rad；ω为藻细胞的角速度，rads；其下标表示不同点的运动方向、角速度； 步骤65、测量藻细胞游动特征：根据大量藻细胞运动轨迹分析，统计微通道宽度方向不同位置处藻细胞自身游动速度、角速度，并进行平均处理，得到微通道宽度方向藻细胞自身游动速度、角速度分布，即实现了藻细胞在不同剪切率下游动特征的测量。

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