【摘要】 虽然传统的体流变仪仍然允许以良好的准确度测量小的流体粘度值，但是对于最长的弛豫时间来说，情况并非如此，因为通常用传统技术测量时，弛豫时间太小了。

复杂流体的流变角色塑造在很多领域都非常重要，包括食品工业、化妆品、生物医学工程等。在众多有趣的流变特性中，零剪切粘度η0和最长弛豫时间λ占据着特殊的位置。血液中η0的变化与炎症或血管疾病有关;同样，食品中η0的变化与甜味和香味的感知变化有关。

 

相反，最长的弛豫时间是对流体弹性的测量，这是许多应用中的一个关键参数，包括涂层、减阻、液滴形成、和混合。准确评估最长弛豫时间对于设计微流控流式细胞仪以及设计细胞和颗粒分离微流控装置也非常重要。

 

对于上面列出的大多数应用程序，零剪切粘度η0和最长弛豫时间λ的值通常较小，η0在1<η0/η<10的范围内变化，其中η是溶剂粘度，λ在0.1<λ<100ms的范围内变化。

 

虽然传统的体流变仪仍然允许以良好的准确度测量小的流体粘度值，但是对于最长的弛豫时间来说，情况并非如此，因为通常用传统技术测量时，弛豫时间太小了。

 

在生物流体的情况下，即使通过常规流变仪测量 η0有时也是不可能的，因为大体积流变仪需要大量的样品(以毫升为单位) ，并且测量本身可能受到边缘效应的影响，在稀释的生物溶液中尤其明显。

 

其中一些局限性以前已经通过使用微流变学技术得到了解决，其中悬浮在聚合物溶液中的一系列粒子的布朗运动作为时间的函数被跟踪，以获得它们的均方位移。

 

通过进一步使用数据上的傅里叶变换，有可能推导出溶液的频率响应。这种方法仍然提出了一些与实验设置、数据分析和统计显着性相关的挑战。

 

为了提高微流变学技术的有效性，证明了通过跟踪光学陷阱中的单个粒子可以获得聚合物溶液的频率响应。这种方法改善了统计显着性并降低了统计噪声。

 

然而，透过角色塑造光镊进行的流变学测试，需要的感光微粒的折射率与研究中的溶液不同，这个条件并不总是容易达到。

 

 

图1具有(a)和不具有(b)流量传感器的两个 μ- 流变仪仪器的示意图。(a)将样品插入压力泵的加压腔内，并施加压降 Δp。悬浮液首先流过流量传感器，然后到达圆柱形微通道，在那里记录流动颗粒的视频。(b)样品直接从加压室流入圆柱形微通道。黑色实线表示内径 Di，连接 = 250μm，外径 Do，连接 = 1.6 mm 的管子。红色虚线表示具有内径 Di，传感器 = 400μm 和外部直径 Do，传感器 = 1.6 mm 的管。

 

为了克服与常规流变学和微流变学相关的局限性，所谓的微流体流变学已经引起了人们的极大兴趣。正如术语所建议的那样，微流体流变学使用微流体装置来推导流变学特性。

 

与传统技术相比，微流体流变仪有几个优点:它们需要少量的样品，它们是封闭系统(无边缘效应)，并且可以很容易地与其他设备集成。

 

到目前为止，大多数现有的微流体流变仪平台集中在测量各种剪切速率下的剪切和拉伸黏度。Hudson等人利用微流体流变仪测量了几种聚乙二醇和蛋白质溶液的剪切粘度，使用了一个基于参考流体和被研究流体之间共同流动的微流体装置来测量几种蛋白质溶液的零剪切粘度。

 

Arosio等设计了一种微流控装置来评估几种蛋白质溶液的零剪切粘度。Lee等介绍了一种新型的电流体装置，用于测量黄原胶和全血在不同温度下的零剪切粘度。

 

Vishwanathan和Juarez报道了一种利用微流体装置中圆柱障碍周围的亚千赫液体振荡频率测量牛顿液体剪切粘度的无探针技术。

 

最近，古普塔和Vanapalli30利用数字全息显微镜获得的三维分辨流动运动学，测量了微通道流动中牛顿和聚乙二醇溶液的剪切流变学。

 

本文还介绍了几种用于测量拉伸黏度的微流体平台。例如，Hsiao等人利用“斯托克斯陷阱”来限制平面拉伸流动滞点附近的二维平面单微米大小的颗粒。

 

由于法向应力，颗粒沿垂直方向向墙壁迁移。作者跟踪了粒子的迁移，并为拉伸流动建立了二阶流体模型，这使得拉伸黏度的测定成为可能。其他测量拉伸黏度的仪器可以在Haward的评论中找到。

 

虽然已经引入了许多测量剪切粘度的平台，但是最长剪切弛豫时间的测量在很大程度上被忽略(微流体技术可以在Haward26的综述中找到测量拉伸弛豫时间的方法)。

 

Zilz等是第一个引入微流体装置来估计最长剪切弛豫时间的人。他们的平台是基于曲线几何中弹性不稳定性的发生，并用于测量稀释聚乙二醇溶液的最长松弛时间。

 

科瑟等设计了一种微流控装置，用于测量聚丙烯酰胺溶液的蠕变恢复率。通过将数据拟合到现有的理论模型，Koser等能够评估最长的剪切弛豫时间。

 

DelGiudice等介绍了一种测量稀释和半稀释聚合物溶液最长剪切弛豫时间的方法，该方法基于悬浮于聚合物溶液中的颗粒在直微通道中的横向迁移。

 

所谓的μ-流变仪已用于评价标准聚乙二醇和聚丙烯酰胺溶液、不同氯化钠浓度的聚电解质溶液(透明质酸和壳聚糖)、无规聚苯乙烯溶液、羟乙基纤维素溶液、离子液体溶液中的聚合离子液体。

 

然而，到目前为止，还没有微流体流变学平台可用于测量多种流变特性，这是一个重大的限制，阻止微流体流变学成为聚合物溶液流变角色塑造的黄金标准，特别是在稀释和半稀释聚合物体系中，常规流变学由于技术和实验限制而失败。

 

1.Francesco Del Giudice; Simultaneous measurement of rheological properties in a microfluidic rheometer. Physics of Fluids 1 May 2020; 32 (5): 052001. https://doi.org/10.1063/5.0006060.