该笔记主要介绍基于颗粒的粘度检测,包括基于动态光散射(DLS)技术的和基于粒子图像示踪的(VPT)。本文将从理论和实际计算等部分依次详细介绍和整理。
基于颗粒实现粘度检测
基于颗粒的粘弹性检测是一种被动微流变技术,通过在待测体系中引入示踪粒子,利用成像或散射检测系统追踪粒子的布朗运动或散射光强变化。随后,通过分析粒子的运动轨迹或自相关函数,计算其扩散系数,并结合斯托克斯-爱因斯坦公式精确推导体系的粘度(viscosity, $\eta$)。
例如,在动态光散射技术中,通过检测探针粒子散射光强的时间变化,计算其均方位移(Mean Squared Displacement, MSD):
B. A. Krajina et al., Science Advances. 7, eabe1969 (2021).
B. A. Krajina et al., ACS Cent. Sci. 3, 1294–1303 (2017).
而在粒子图像示踪中,则直接根据粒子的轨迹信息计算均方位移
通过MSD拟合得到扩散系数D和$\alpha$:
\(<r^2(t)>=4Dt^\alpha\)
Journal of Molecular Biology. 430, 4443–4455 (2018).
然后根据利用扩散系数得到粘度: \(\eta_t=\frac{k_B T}{6\pi r_pD_t}\\ \eta_r=\frac{k_B T}{8\pi r_p^3D_r}\\\) 其中的角标r表示旋转,$\eta_r$是基于旋转扩散系数$D_r$测量的粘度,而$\eta_t$是基于平移扩散系数$D_t$测量出的粘度:
M. Unni et al., Science Advances (2021), doi:10.1126/sciadv.abf8467.