一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法及装置
1.本发明涉及微流变表征领域，尤其涉及一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法及装置。
背景技术：
2.凝胶材料由于其柔性以及生物相容性好在生产生活中存在广泛的应用，如面膜、医用水凝胶、柔性传感器等。大部分凝胶材料在合成的过程中会存在不均匀性，这直接影响了凝胶材料的宏观力学性能和其他功能。因此为了生产性能更优异的凝胶材料，需要表征在凝胶化过程中的不均匀性，为凝胶产品的生产、设计、改善提供指导。
3.由于凝胶的不均匀性随时间与空间发生变化，传统的流变仪只能获取凝胶空间位置的平均粘弹谱，微流变仪利用探针粒子的热运动对周围的介质进行剪切，因而可以获得样品的局部粘弹谱。但这种技术存在一个根本的矛盾：为了不影响凝胶的流变性质，添加的探针粒子浓度极其小，这导致单个视场内粒子的数目不够多，影响统计结果的准确性与可靠性。除此之外，这种技术只能表征不均匀性尺度小于一个视场的凝胶材料，这些不足限制了微流变仪的应用。如现有技术利用粒子示踪微流变研究了蛋白质溶液的不均匀性，由于统计的粒子数目偏少，其计算的非高斯因子α2的值不能令人满意。
技术实现要素：
4.为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法及装置。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，包括以下步骤：
7.将探针粒子添加到凝胶预聚液中，对凝胶预聚液进行凝胶化处理后，获取样品；
8.将样品放置到微流变仪上，利用高速摄像机拍摄荧光显微镜下多个视场的粒子热运动视频；
9.根据粒子热运动视频，对样品上的探针粒子进行定位，对探针粒子进行连接后得到每个视场内粒子轨迹的坐标序列，遍历每个视场的数据后，获得所有的粒子轨迹数据；
10.根据粒子轨迹数据计算各种观测量表征凝胶的不均匀性。
11.进一步地，所述探针粒子在凝胶预聚液中的浓度为0.00001wt％—0.0001wt％之间。
12.进一步地，所述对凝胶预聚液进行凝胶化处理，包括：
13.将凝胶预聚液注入玻璃腔室，将玻璃腔室放置在恒温金属浴中，待凝胶预聚液完全凝胶化；
14.其中，凝胶预聚液注入腔室后需要用真空硅脂密封，并在25℃的金属浴放置24h。
15.进一步地，所述将样品放置到微流变仪上，包括：
16.设置微流变仪的工作参数，其中，工作参数包括温度、视频帧数、帧速、曝光时间；
17.另外，需要拍摄多个视场下粒子热运动的视频，保证每个视场下至少存在20个粒子，每个视场拍摄前需要静止1min以上，保证粒子运动不受除温度以外其它因素的影响。
18.进一步地，在对探针粒子进行定位之前，还包括以下步骤：
19.对粒子热运动视频进行图像预处理，利用门积分计算图像的平均背噪，并扣除平均背噪，以提高图像的信噪比。
20.进一步地，所述对样品上的探针粒子进行定位，包括：
21.利用定位程序识别每一帧图像中探针粒子的坐标，记录探针粒子的坐标(i,j)，并采用变量k进行视场标记。
22.进一步地，所述对探针粒子进行连接后得到每个视场内粒子轨迹的坐标序列，包括：
23.将同一个粒子在不同帧上的坐标按随机行走概率出来并连接，得到单个视场的粒子轨迹坐标序列。
24.进一步地，所述遍历每个视场的数据后，获得所有的粒子轨迹数据，包括：
25.逐一读取每个视场内的粒子轨迹坐标序列，此时粒子总数n＝∑n1+n2+
…
+nk，按统计热力学原理计算粒子的均方位移。
26.进一步地，均方位移统计的范围不同，计算的非高斯因子表征的不均匀性尺度不同：
[0027][0028]
式(1)表示先统计单个粒子的均方位移，对所有粒子的均方位移求数量平均，其只能表征单个粒子轨迹内介质的不均匀性；
[0029][0030]
式(2)表示先统计单个视场中所有粒子的均方位移，对不同视场间的均方位移求数量平均，其表征单个视场内介质的不均匀性；
[0031]
《δx2(δt)》|
mp
＝∫
所有视场所有粒子的位移
δx2p(δx)d(δx)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0032]
式(3)表示统计所有视场所有粒子的均方位移，其表征超过一个视场尺度的不均匀性；
[0033]
其中，δx为位移，δt为时间间隔，n为探针粒子的总数，p(δx)为探针粒子位移是δx的概率，m为视场的总数目，sp表示统计的是单粒子，sf表示统计的是单视场，mp表示统计的是多视场，《》表示对符号内的变量求平均。
[0034]
本发明所采用的另一技术方案是：
[0035]
一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性装置，包括：
[0036]
至少一个处理器；
[0037]
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0038]
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。
[0039]
本发明的有益效果是：本发明基于多视场的微流变技术，为不均匀性的研究及表征提供一种新的方法，能够完整准确地表征凝胶不均匀性的变化。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
[0041]
图1是本发明实施例中一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0042]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0043]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0044]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0045]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0046]
如图1所示，本实施例提供一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性，结合粒子的定位、连接、标记与统计等技术更精确可靠地计算体系的非高斯因子以及表征凝胶的大尺度不均匀性，该方法包括以下步骤：
[0047]
s1、将探针粒子添加到凝胶预聚液中，对凝胶预聚液进行凝胶化处理后，获取样品。
[0048]
在本实施例中，先将探针粒子添加到凝胶预聚液中，然后把预聚液注入玻璃腔室，放置在恒温金属浴中待其完全凝胶化。其中，探针粒子的添加不能影响凝胶的流变性能，探针粒子在凝胶溶液中的浓度为0.00001wt％—0.0001wt％之间。凝胶预聚液注入腔室后需要用真空硅脂密封，并在25℃的金属浴放置24h。
[0049]
s2、将样品放置到微流变仪上，利用高速摄像机拍摄荧光显微镜下多个视场的粒子热运动视频。
[0050]
将样品放置到微流变仪上，设置温度、视频帧数、帧速、曝光时间等参数后，利用高速摄像机拍摄荧光显微镜下多个视场的粒子热运动视频。具体地，使用60
×
的相差油镜，控温腔室设置为30℃，高速摄像机的参数设置为2000帧，帧速50fps，曝光时间0.01s，每帧的
像素为2560px
×
2160px。需要拍摄多个视场下粒子热运动的视频，保证每个视场下至少存在20个粒子，每个视场拍摄前需要静止1min以上，保证粒子运动不受除温度以外其它因素的影响。
[0051]
作为可选的实施方式，在探针粒子定位前先进行图像预处理，利用门积分计算图像的平均背噪，扣除平均背噪以提高图像的信噪比。
[0052]
s3、根据粒子热运动视频，对样品上的探针粒子进行定位，对探针粒子进行连接后得到每个视场内粒子轨迹的坐标序列，遍历每个视场的数据后，获得所有的粒子轨迹数据。
[0053]
利用定位程序识别每一帧图像中粒子的坐标，记录其坐标(i,j)，并用变量k标记属于哪个视场。把同一个粒子在不同帧上的坐标按随机行走概率出来并连接，得到单个视场的粒子轨迹坐标序列。
[0054]
逐一读取每个视场内的粒子轨迹坐标序列，此时粒子总数n＝∑n1+n2+
…
+nk，按统计热力学原理计算粒子的均方位移，作为粒子轨迹数据。
[0055]
s4、根据粒子轨迹数据计算各种观测量表征凝胶的不均匀性。
[0056]
按统计热力学原理及einstein-stokes关系计算各种观测量表征凝胶的不均匀性，均方位移统计的范围不同，计算的非高斯因子表征的不均匀性尺度也不同：
[0057][0058]
式(1)表示先统计单个粒子的均方位移，对所有粒子的均方位移求数量平均，其只能表征单个粒子轨迹内介质的不均匀性；
[0059][0060]
式(2)表示先统计单个视场中所有粒子的均方位移，对不同视场间的均方位移求数量平均，其表征单个视场内介质的不均匀性；
[0061]
《δx2(δt)》|
mp
＝∫
所有视场所有粒子的位移
δx2p(δx)d(δx)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0062]
式(3)表示统计所有视场所有粒子的均方位移，其表征超过一个视场尺度的不均匀性。
[0063]
以下结合海藻酸钠凝胶对上述方法进行详细解释说明。
[0064]
海藻酸钠是从褐藻中提取的一种天然多糖，其分子结构是由甘露糖醛酸与古罗糖醛酸两种立体异构体组成。海藻酸钠可以与钙、铜、锌等二价的金属离子反应形成凝胶，当把这些金属离子直接加入海藻酸钠溶液时，会立即形成凝胶，形成的凝胶非常不均匀，影响其性能，采用钙离子缓释的方法可以合成比较均匀的凝胶。由于海藻酸钠无毒无害，凝胶化条件比较温和，已广泛应用于食品与医药等领域。
[0065]
在具体实施例中，以海藻酸钠与钙离子的交联为例，具体包括以下步骤：
[0066]
(1)海藻酸钠凝胶的制备
[0067]
将海藻酸钠加入导电率为18.2mω
·
cm的超纯水中，然后把装有溶液及磁子的玻璃瓶放到磁子搅拌器上，室温下充分搅拌(500rpm～600rpm)约1h，之后室温下放置24h，获得质量分数1wt％的海藻酸钠溶液。分别向海藻酸钠溶液中加入钙-乙二胺四乙酸溶液，d-葡萄糖酸-1,5-内酯，0.5μm的探针粒子，将预聚液注入到自制的玻璃腔室中，用真空硅脂密封，在25℃的金属浴中放置24h使预聚液完全反应形成凝胶。凝胶形成的原理是d-葡萄糖酸-1,5-内酯会缓慢水解，溶液的ph值降低，钙离子从络合物中释放出来与海藻酸钠交联，
当ph小于4时，可认为钙离子被完全释放，最终获得了钙离子交联的海藻酸钠凝胶。
[0068]
(2)对凝胶进行基于多视场的微流变实验
[0069]
把样品放到微流变仪上，用60
×
的相差油镜对焦，控温腔室设置为30℃，高速摄像机的参数设置为2000帧，帧速50fps，曝光时间0.01s，每帧的像素为2560px
×
2160px，用高速摄像机拍摄粒子在显微镜下的热运动视频，更换荧光显微镜的视场，直到拍摄足够多的粒子数为止。
[0070]
(3)粒子的定位、连接、标记、统计及非均匀性的计算
[0071]
探针粒子定位前先进行图像预处理，调出第一帧图像，确定粒子的像素直径，利用门积分计算图像的平均背噪，然后把视频的背景噪音扣除，重新确定粒子的像素直径，对每一帧上的所有粒子定位并记忆其坐标位置(i,j)，按照随机行走概率给定粒子运动的半径像素，并出同一个视场下所有粒子在每一帧的坐标位置，连接坐标得到粒子的轨迹坐标序列，用变量k标记粒子属于哪个视场。先逐一读取每个视场内粒子的轨迹坐标序列，此时粒子总数n＝∑n1+n2+
…
+nk，按统计热力学原理及stokes-einstein关系计算探针粒子的均方位移、粘弹谱、非高斯因子等。
[0072]
下面通过几个具体实施例对本发明方法作进一步说明。
[0073]
实施例1
[0074]
称取0.0505g海藻酸钠粉末加入装有搅拌子的玻璃瓶中，用移液量取5ml的超纯水加入瓶中，室温下在磁子搅拌器上以600rpm的转速搅拌约1h，然后静置24h后得到质量分数1wt％的海藻酸钠溶液。称取0.5000g的1wt％的海藻酸钠溶液，依次加入150μl浓度为5.048
×
10-2
mol/l的钙-乙二胺四乙酸溶液，200μl浓度为0.1136mol/l的d-葡萄糖酸-1,5-内酯溶液，150μl的超纯水，10μl的聚苯乙烯探针粒子悬浮液(直径0.2μm)，搅拌15min后把混合液注入玻璃腔室并用真空硅脂密封，然后把玻璃腔室放置在25℃的金属浴中24h等其完全反应形成凝胶。
[0075]
把样品放到微流变仪上，控温腔室设置温度为30℃，使用60
×
的相差油浸物镜对焦，选取中间层的探针粒子，设置高速摄像机时长为2000帧，帧速49.65fps，曝光时间0.01s，像素大小2560px
×
2160px，稳定5min后，拍摄视频。更换荧光显微镜的视场，静止1min，直到拍摄足够多的粒子数为止。
[0076]
读取视频文件，先进行图像预处理，调出第一帧图像，设施粒子的像素直径是14，利用门积分计算图像的背噪为300，扣除背噪，重新确定粒子的像素直径为12，对每一帧上的所有粒子定位并记忆其坐标位置(i,j)，按照随机行走概率给定粒子运动的最大像素半径50，并用k标记属于哪个视场。逐一读取每个视场内粒子的轨迹坐标序列，此时粒子的总数n＝∑n1+n2+
…
+nk。按不同的范围统计粒子的均方位移：
[0077][0078][0079]
《δx2(δt)》|
mp
＝∫
所有视场所有粒子的位移
δx2p(δx)d(δx)
[0080]
然后计算凝胶的粘弹谱与非高斯因子。
[0081]
获得的均方位移几乎是一条斜率为0的直线，说明海藻酸钠已经凝胶化，粒子几乎不能做布朗运动；动态模量：在11rad/s下，储能模量为98.86pa，损耗模量为21.07pa；在5.5rad/s下，储能模量为90.48pa，损耗模量为14.67pa；在0.6rad/s下，储能模量为78.32pa，损耗模量为8.10pa。凝胶的动力学不均匀性，单粒子的非高斯因子α2：0.5—1.0；单视场的非高斯因子α2：5.0—10；多粒子的非高斯因子：7—15。非高斯因子越大，表示凝胶的不均匀性程度越大。
[0082]
实施例2
[0083]
称取0.0505g海藻酸钠粉末加入装有搅拌子的玻璃瓶中，用移液量取5ml的超纯水加入瓶中，室温下在磁子搅拌器上以600rpm的转速搅拌约1h，然后静置24h后得到质量分数1wt％的海藻酸钠溶液。称取0.5000g的1wt％的海藻酸钠溶液，依次加入85μl浓度为5.048
×
10-2
mol/l的钙-乙二胺四乙酸溶液，200μl浓度为0.0644mol/l的d-葡萄糖酸-1,5-内酯溶液，215μl的超纯水，10μl的聚苯乙烯探针粒子悬浮液(直径0.2μm)，搅拌15min后把混合液注入玻璃腔室并用真空硅脂密封，然后把玻璃腔室放置在25℃的金属浴中24h等其完全反应形成凝胶。
[0084]
把样品放到微流变仪上，控温腔室设置温度为30℃，使用60
×
的相差油浸物镜对焦，选取中间层的探针粒子，设置高速摄像机时长为2000帧，帧速49.65fps，曝光时间0.01s，像素大小2560px
×
2160px，稳定5min后，拍摄视频。更换荧光显微镜的视场，静止1min，直到拍摄足够多的粒子数为止。
[0085]
读取视频文件，先进行图像预处理，调出第一帧图像，设施粒子的像素直径是14，利用门积分计算图像的背噪为300，扣除背噪，重新确定粒子的像素直径为12，对每一帧上的所有粒子定位并记忆其坐标位置(i,j)，按照随机行走概率给定粒子运动的最大像素半径50，并用k标记属于哪个视场。逐一读取每个视场内粒子的轨迹坐标序列，此时粒子的总数n＝∑n1+n2+
…
+nk。按不同的范围统计粒子的均方位移：
[0086][0087][0088]
《δx2(δt)》|
mp
＝∫
所有视场所有粒子的位移
δx2p(δx)d(δx)
[0089]
然后计算凝胶的粘弹谱与非高斯因子。
[0090]
获得的不同视场下粒子的均方位移差别非常大，有的位置已经凝胶化，粒子不能运动；还有些位置探针粒子能够做无规则的热运动。凝胶的动力学不均匀性，单粒子的非高斯因子α2：0.1—0.5；单视场的非高斯因子α2：6.3—23；多粒子的非高斯因子：11—98。多粒子的非高斯因子达到了100，这在之前未见报道，说明凝胶的非均匀尺度已经超过了一个视场。
[0091]
实施例3
[0092]
称取0.0505g海藻酸钠粉末加入装有搅拌子的玻璃瓶中，用移液量取5ml的超纯水加入瓶中，室温下在磁子搅拌器上以600rpm的转速搅拌约1h，然后静置24h后得到质量分数1wt％的海藻酸钠溶液。多次称取0.5000g的1wt％的海藻酸钠溶液，以表示不
同的凝胶化程度，f分别取0.30、0.20、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.10时，加入5.048
×
10-2
mol/l的钙-乙二胺四乙酸溶液分别为150μl、100μl、90μl、85μl、80μl、75μl、70μl、50μl，再分别加入200μl的d-葡萄糖酸-1,5-内酯溶液，10μl的聚苯乙烯探针粒子悬浮液(直径0.2μm)，搅拌15min后把混合液注入玻璃腔室并用真空硅脂密封，然后把玻璃腔室放置在25℃的金属浴中24h等其完全反应形成凝胶。
[0093]
把样品分别放到微流变仪上，控温腔室设置温度为30℃，使用60
×
的相差油浸物镜对焦，选取中间层的探针粒子，设置高速摄像机时长为2000帧，帧速49.65fps，曝光时间0.01s，像素大小2560px
×
2160px，稳定5min后，拍摄视频。更换荧光显微镜的视场，静止1min，直到拍摄足够多的粒子数为止。
[0094]
读取视频文件，先进行图像预处理，调出第一帧图像，设施粒子的像素直径是14，利用门积分计算图像的背噪为300，扣除背噪，重新确定粒子的像素直径为12，对每一帧上的所有粒子定位并记忆其坐标位置(i,j)，按照随机行走概率给定粒子运动的最大像素半径50，并用k标记属于哪个视场。逐一读取每个视场内粒子的轨迹坐标序列，此时粒子的总数n＝∑n1+n2+
…
+nk。按不同的范围统计粒子的均方位移：
[0095][0096][0097]
《δx2(δt)》|
mp
＝∫
所有视场所有粒子的位移
δx2p(δx)d(δx)
[0098]
然后计算凝胶的粘弹谱与非高斯因子。
[0099]
获得了不均匀性随时间、空间与凝胶化程度的完整变化过程，例如在时间间隔等于0.1s时，不同凝胶化程度f＝0.10、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.20、0.30对应的非高斯因子如下，单粒子的非高斯因子α2：0.03、002、0.04、0.2、0.5、1.0、1.0、0.8；单视场的非高斯因子α2：0.1、0.2、2.0、5.2、6.3、10、6.0、5.6；多粒子的非高斯因子α2：0.8、1.5、3.2、5.7、11、70、21、15。说明不均匀性随着凝胶化程度变化趋势为先增大然后减小最后维持不变。在不同的凝胶化程度时，非均匀性有的会随着时间增加逐渐松弛，有的会维持不变。说明凝胶化程度与时间对不均匀性的影响是非常大的。
[0100]
综上所述，本实施例相对于现有技术，具有如下优点及有益效果：
[0101]
1)基于多视场的微流变技术，在不改变粒子浓度，保证凝胶的流变性质不受改变的条件下，解决了粒子统计数少，无法计算足够可靠的非高斯因子等微流变中存在的问题。结合粒子的定位、连接、标记及统计等技术，可以统计足够多视场下的粒子轨迹坐标序列，计算的非高斯因子更精确可靠。
[0102]
2)由于凝胶的不均匀性是随着时间与空间变化的，因此其不均匀性是多尺度的，现有的微流变技术表征的不均匀尺度范围较小，对于像海藻酸钠这类非常不均匀的凝胶，无法完整准确地表征其多尺度的不均匀性。多视场技术能够表征多种尺度范围内的不均匀性，表征的范围更大，应用的凝胶范围更广。
[0103]
3)结合粒子的定位、连接、标记及统计等技术，可以获得不均匀性随时间、空间、凝胶化程度的动态变化，为研究凝胶化转变过程和制备均匀的凝胶提供指导。
[0104]
本实施例还提供一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性装置，包括：
[0105]
至少一个处理器；
[0106]
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0107]
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现图1所示方法。
[0108]
本实施例的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性装置，可执行本发明方法实施例所提供的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
[0109]
本技术实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。
[0110]
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
[0111]
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
[0112]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0113]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传
输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0114]
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0115]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0116]
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0117]
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0118]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。
技术特征：
1.一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，包括以下步骤：将探针粒子添加到凝胶预聚液中，对凝胶预聚液进行凝胶化处理后，获取样品；将样品放置到微流变仪上，利用高速摄像机拍摄荧光显微镜下多个视场的粒子热运动视频；根据粒子热运动视频，对样品上的探针粒子进行定位，对探针粒子进行连接后得到每个视场内粒子轨迹的坐标序列，遍历每个视场的数据后，获得所有的粒子轨迹数据；根据粒子轨迹数据计算各种观测量表征凝胶的不均匀性。2.根据权利要求1所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，所述探针粒子在凝胶预聚液中的浓度为0.00001wt％-0.0001wt％之间。3.根据权利要求1所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，所述对凝胶预聚液进行凝胶化处理，包括：将凝胶预聚液注入玻璃腔室，将玻璃腔室放置在恒温金属浴中，待凝胶预聚液完全凝胶化；其中，凝胶预聚液注入腔室后需要用真空硅脂密封，并在25℃的金属浴放置24h。4.根据权利要求1所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，所述将样品放置到微流变仪上，包括：设置微流变仪的工作参数，其中，工作参数包括温度、视频帧数、帧速、曝光时间；另外，需要拍摄多个视场下粒子热运动的视频，保证每个视场下至少存在20个粒子，每个视场拍摄前需要静止1min以上，保证粒子运动不受除温度以外其它因素的影响。5.根据权利要求1所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，在对探针粒子进行定位之前，还包括以下步骤：对粒子热运动视频进行图像预处理，利用门积分计算图像的平均背噪，并扣除平均背噪，以提高图像的信噪比。6.根据权利要求1所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，所述对样品上的探针粒子进行定位，包括：利用定位程序识别每一帧图像中探针粒子的坐标，记录探针粒子的坐标(i,j)，并采用变量k进行视场标记。7.根据权利要求1所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，所述对探针粒子进行连接后得到每个视场内粒子轨迹的坐标序列，包括：将同一个粒子在不同帧上的坐标按随机行走概率出来并连接，得到单个视场的粒子轨迹坐标序列。8.根据权利要求1所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，所述遍历每个视场的数据后，获得所有的粒子轨迹数据，包括：逐一读取每个视场内的粒子轨迹坐标序列，此时粒子总数n＝∑n1+n2+
…
+n
k
，按统计热力学原理计算粒子的均方位移。9.根据权利要求8所述的一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法，其特征在于，均方位移统计的范围不同，计算的非高斯因子表征的不均匀性尺度不同：
式(1)表示先统计单个粒子的均方位移，对所有粒子的均方位移求数量平均，其只能表征单个粒子轨迹内介质的不均匀性；式(2)表示先统计单个视场中所有粒子的均方位移，对不同视场间的均方位移求数量平均，其表征单个视场内介质的不均匀性；<δx2(δt)>|
mp
＝∫
所有视场所有粒子的位移
δx2p(δx)d(δx)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)表示统计所有视场所有粒子的均方位移，其表征超过一个视场尺度的不均匀性；其中，δx为位移，δt为时间间隔，n为探针粒子的总数，p(δx)为探针粒子位移是δx的概率，m为视场的总数目，sp表示统计的是单粒子，sf表示统计的是单视场，mp表示统计的是多视场，＜＞表示对符号内的变量求平均。10.一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性装置，其特征在于，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现权利要求1-9任一项所述方法。
技术总结
本发明公开了一种基于多视场的微流变表征凝胶的不均匀性方法及装置，其中方法包括：将探针粒子添加到凝胶预聚液中，对凝胶预聚液进行凝胶化处理后，获取样品；将样品放置到微流变仪上，利用高速摄像机拍摄荧光显微镜下多个视场的粒子热运动视频；根据粒子热运动视频，对样品上的探针粒子进行定位，对探针粒子进行连接后得到每个视场内粒子轨迹的坐标序列，遍历每个视场的数据后，获得所有的粒子轨迹数据；根据粒子轨迹数据计算各种观测量表征凝胶的不均匀性。本发明基于多视场的微流变技术，为不均匀性的研究及表征提供一种新的方法，能够完整准确地表征凝胶不均匀性的变化。本发明可广泛应用于微流变表征领域。本发明可广泛应用于微流变表征领域。本发明可广泛应用于微流变表征领域。
