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龍圖騰網獲悉中國水利水電科學研究院申請的專利一種測量剪切流中藻細胞游動特征的實驗裝置及方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN120249014B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-26發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202510372305.3，技術領域涉及：C12M1/00；該發明授權一種測量剪切流中藻細胞游動特征的實驗裝置及方法是由丁升;曾利;王博涵;黃鑫偉;冷乾坤;鐘凱月;陳小莉;韓瑞;張海文;趙懿珺;劉彥;劉贊強;梁洪華;張強設計研發完成，并于2025-03-27向國家知識產權局提交的專利申請。

本一種測量剪切流中藻細胞游動特征的實驗裝置及方法在說明書摘要公布了：本發明公開了一種測量剪切流中藻細胞游動特征的實驗裝置及方法，所述實驗裝置包括依次連接的氣壓源、壓力泵、儲液瓶、流量計、微通道以及廢液瓶；所述方法包括根據實驗工況確定平均流量以制造穩定的剪切流，拍攝藻細胞運動軌跡圖像序列，通過觀測到的藻細胞運動軌跡，得到藻細胞的遷移速度V的分布，結合解析方法計算得到藻細胞隨流速度Vflow的分布，進而計算得到剪切流中藻細胞游動特征，包括自身游動速度Vs和角速度ω。本發明實現了剪切流中藻細胞運動行為的高精度測量，將實驗方法與解析方法相結合，填補了以往研究無法獲取藻細胞自身游動速度、角速度等游動特征的不足，為微生物水力學在更為細致微觀尺度的發展提供了技術支撐。

本發明授權一種測量剪切流中藻細胞游動特征的實驗裝置及方法在權利要求書中公布了：1.一種測量剪切流中藻細胞游動特征的方法，其特征在于，所述方法基于實驗裝置，所述實驗裝置包括依次連接的氣壓源、壓力泵、儲液瓶、流量計、微通道以及廢液瓶，所述氣壓源與壓力泵、壓力泵與儲液瓶之間均通過連接管連接，所述儲液瓶與流量計、流量計與微通道的進口、微通道的出口與廢液瓶之間均通過導管連接，所述裝置還包括相連接的熒光顯微鏡和高速相機，高速相機安裝在熒光顯微鏡的載物臺下方，微通道設置在熒光顯微鏡的載物臺上；所述氣壓源用于為壓力泵提供基礎壓力；所述壓力泵用于輸出設定的恒定壓力，以在儲液瓶中制造內外壓力差；所述儲液瓶為密閉式，內有藻細胞溶液，在內外壓力差作用下，藻細胞溶液經導管輸送至微通道形成剪切流；所述流量計用于實時監測壓力泵泵入的流量；所述微通道用于形成剪切流；所述廢液瓶用于收集由微通道出口流出的藻細胞廢棄溶液；所述熒光顯微鏡用于制造熒光場環境，誘導藻細胞產生特征熒光信號，同步實現顯微圖像放大并濾除其他雜光；所述高速相機用于拍攝藻細胞在剪切流中的圖像序列； 所述方法包括以下步驟： 步驟1、配置一定濃度的藻細胞溶液，連接實驗裝置并檢查實驗裝置的氣密性； 步驟2、調整微通道的位置，使得高速相機拍攝畫幅的中心與微通道的中心位置對應，同時微通道前、后壁面與拍攝畫幅的長邊框平行； 步驟3、根據實驗工況確定平均流量，采用壓力泵設定儲液瓶中的壓力，根據流量計實時的監測流量，不斷調整其壓力大小，直到測得的流量保持穩定且與要求的平均流量一致，以制造穩定的剪切流； 步驟4、首先利用高速相機在明場環境中拍攝一張圖像，用以標定微通道前、后壁面，即分別對應拍攝圖像的上、下邊界；然后關閉光源，在熒光場環境中拍攝圖像序列，每組實驗記錄時長為五分鐘，多次重復實驗，直至有效藻細胞運動軌跡達到上萬條為止； 步驟5、對拍攝的圖像序列進行處理，設置直徑、亮度閾值識別藻細胞，提取藻細胞運動軌跡的坐標數據，并根據標定的拍攝圖像的上、下邊界剔除觀測區域之外的軌跡，只保留觀測區域以內的軌跡； 步驟6、通過觀測到的藻細胞運動軌跡，得到藻細胞的遷移速度V的分布，結合解析方法計算得到藻細胞隨流速度Vflow的分布，進而計算得到剪切流中藻細胞游動特征，包括自身游動速度Vs和角速度ω；具體包括以下步驟： 步驟61、計算藻細胞的遷移速度分量：根據實驗觀測到的藻細胞運動軌跡的位置坐標，除第一個點采用前向差分，最后一個點采用后向差分外，對軌跡上的其他點采用中心差分格式計算，即可得到每條軌跡的藻細胞在不同位置處的遷移速度分量Vx、Vy： 第一個點： 最后一個點： 其他點： 式中：x、y分別為藻細胞的坐標，其下標分別表示不同點的坐標，μm；Vx、Vy分別為遷移速度分量，其下標表示不同點的遷移速度分量，μms；Δt為軌跡上相鄰點的時間間隔，s； 步驟62、計算藻細胞的隨流速度分布：在剪切流環境中，微通道寬度方向不同位置處的隨流速度在y方向的分量為0，在x方向的分量Vflow_x通過解析方法求得，計算公式為： 式中：a、b分別為微通道寬度、高度的一半，μm；為壓力，Kgμm-1s-2；μ為液體的動力粘度，Kgμm-1s-1；i為級數求和的索引變量；Q為平均流量，μm3s； 步驟63、計算藻細胞自身游動速度及其分量：藻細胞在剪切流中的遷移速度V分為兩部分，一是自身游動速度Vs，即藻細胞通過鞭毛驅動主動產生的游動速度，二是隨流速度Vflow，即藻細胞所在位置處的水流運動速度；遷移速度V是自身游動速度Vs、隨流速度Vflow的疊加，即： V＝Vs+Vflow6 式中：V、Vs、Vflow的單位均為μms； 根據藻細胞的遷移速度及其所在位置處的隨流速度，計算藻細胞自身游動速度Vs及其分量Vs_x、Vs_y，計算公式如下： Vs_x＝Vx-Vflow_x7 Vs_y＝Vy8 步驟64、計算藻細胞的角速度：根據藻細胞的游動速度的分量，計算其運動方向θ，計算公式為： 根據藻細胞各個軌跡在不同時刻的運動方向，計算藻細胞運動方向變化，即可得到藻細胞的角速度ω，計算方法為除第一個點采用前向差分，最后一個點采用后向差分外，對軌跡上的其他點采用中心差分格式計算： 第一個點： 最后一個點： 其他點： 式中：θ為藻細胞運動方向，rad；ω為藻細胞的角速度，rads；其下標表示不同點的運動方向、角速度； 步驟65、測量藻細胞游動特征：根據大量藻細胞運動軌跡分析，統計微通道寬度方向不同位置處藻細胞自身游動速度、角速度，并進行平均處理，得到微通道寬度方向藻細胞自身游動速度、角速度分布，即實現了藻細胞在不同剪切率下游動特征的測量。

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