美国 RheoSense m-VROC II 超微量微流控粘度计技术解析

1  产品概述

m-VROC II 是美国 RheoSense 公司推出的新一代半自动小型样品粘度计，也是 VROC 系列粘度计中的超微量机型。RheoSense 成立于 2001 年，长期专注于微流控粘度测量技术的研发与产业化，其 VROC 系列产品被全球 500 强企业与领先的研究机构广泛采用，在生物制剂与蛋白质疗法等新兴领域的微量粘度测量中处于领先地位。m-VROC II 在继承前代产品"控制剪切速率、少量样品"特性的基础上，进一步将最小样品量降至 10 微升（µL），并扩展了剪切速率与粘度测量范围，成为面向研发与苛刻应用场景的微量粘度测量平台。

粘度是流体流动相关应用开发与建模中最重要的参数之一。与传统锥板式、旋转式粘度计相比，m-VROC II 以"芯片上的粘度计/流变仪"（Viscometer/Rheometer-on-a-Chip，VROC）为核心，将微流体技术与 MEMS 微机电系统制造技术相结合，实现了仅需微升级样品、可从低到极高剪切速率连续测量、并可量化牛顿流体与非牛顿流体真实粘度的测量能力，为制药、生物技术、化工与材料等领域提供了全新一代的微量粘度测量手段。

2  VROC 微流控测量原理

VROC 技术将经典的流变学测量原理与微流体技术、MEMS 制造工艺融为一体。其核心测量元件是 VROC 芯片：芯片上蚀刻有矩形狭缝（Rectangular Slit）微流控通道，通道下方沿轴向布置压力传感器阵列。测量时，测试液体在泵的驱动下被迫流过矩形狭缝通道，压力传感器阵列依据位置依次测量流体沿通道的压力降；根据 Hagen–Poiseuille 流动理论，结合已知的通道几何尺寸与流量，即可计算得到流体的动力粘度。这一测量方法基于流变学的经典原理，并被药典方法收录，其测得的是流体的真实（绝对）粘度，而非多数传统仪器仅能提供的表观近似值。

微流控技术使流体流量特性得到精确控制，并大幅减少测量所需的样品体积；MEMS 制造技术则将机械元件、传感器、致动器与电子线路集成于硅基板上，实现极高的制造精度与极小的器件尺度。两者的结合，使 m-VROC II 具有以下技术特点：一是每次测量仅需几微升样品；二是可实现高剪切速率测量而不会出现流动不稳定性；三是封闭式流道设计防止样品蒸发与污染；四是流通式设计提供高通量测量能力；五是相对锥板类仪器无需大量几何校正即可获得准确结果。这些特点使 VROC 技术突破了传统粘度计在样品量、测量范围与精度方面的限制。

3  型号与规格

m-VROC II 以极宽的工作范围覆盖从低粘度溶剂到高粘度聚合物的测量需求：剪切速率扫描最高可达每秒 500 万 1/s，足以表征在高剪切下才显现剪切变稀或剪切增稠行为的非牛顿流体；粘度测量范围为 0.4 ~ 100,000 mPa·s，兼顾水相缓冲液与高浓度制剂。温度控制采用 Peltier 温控技术，标准范围为 4 °C ~ 70 °C，选配高温选项后最高可达 100 °C，可覆盖低温生物制剂与高温油品、3D 打印材料等样品的测量需求。

4  结构与使用特点

m-VROC II 采用翻盖式机身结构，整机为蓝色外壳与银色面板组合，内置驱动泵、VROC 芯片安装座、温度控制与电子测量单元。打开上盖即可安装或更换 VROC 芯片，芯片通过接口与压力传感器及电子线路连接，完成样品加载后由配套软件控制测量流程。设备为半自动运行模式，操作人员完成进样后，系统可按设定协议自动完成剪切速率扫描或温度扫描并输出结果。

使用上，m-VROC II 强调"少样品、可重复、易操作"：样品回收储液功能可对珍贵样品进行回收与重复测试，最大限度利用有限样品量；配套软件支持协议保存与调用、数据导出为 PDF／Excel、一键进行非牛顿校正等操作，并满足 21 CFR Part 11 对电子记录与数据完整性的要求；机身内置条码读取功能，便于样品与数据追踪管理。VROC 芯片可根据应用选择不同量程规格，芯片可互换并兼容芯片清洗站进行自动清洗，无需一次性耗材，降低长期使用成本。

5  应用领域

m-VROC II 以微量样品与宽动态范围的独特组合，广泛适用于制药、生物技术、精细化工与材料等领域的粘度表征。在生物制药领域，蛋白质治疗药物、高浓度单克隆抗体等样品往往量少且珍贵，10 µL 级测量与样品回收功能使其成为制剂开发与质量控制不可或缺的工具；在递送系统研发中，LNP（脂质纳米颗粒）等疫苗与基因治疗载体的粘度与流动行为同样需要微量精确测量。

对于油品、3D 打印材料等需要在高温下测试的样品，m-VROC II 的高温选项可将测量温度提升至 100 °C，覆盖发动机油、蜡类及高分子材料在不同温度下的粘度特性。在制剂开发中，其测量数据还可用于注射力预测等工艺优化场景，帮助研发人员从粘度维度评估配方与工艺可行性。

6  使用与维护注意

使用 m-VROC II 时，应根据样品的预估粘度范围选择合适量程的 VROC 芯片，并确保芯片安装到位、密封良好；进样时注意排除气泡，避免气泡进入微流控通道影响压降测量。测量前应使样品达到设定温度并保持稳定，温度波动会影响粘度读数；对于高粘度或易挥发样品，应合理安排测量顺序，尽量缩短暴露时间。

维护方面，VROC 芯片属于易耗部件，建议按周期进行更换或重新校准，以保证测量准确性；设备建议每年进行一次校准或预防性维护。芯片使用后应及时清洗，可采用配套芯片清洗站自动完成清洗流程，去除残留样品，防止通道堵塞或交叉污染。整机应保持清洁干燥，定期检查泵、管路与密封件状态；涉及数据完整性的应用场景，应按 21 CFR Part 11 要求管理用户权限、审计追踪与电子记录。软件与固件升级建议在技术服务支持下进行，升级后应验证测量性能。

7  结语

美国 RheoSense m-VROC II 超微量微流控粘度计，以 VROC 芯片技术为核心，将矩形狭缝微流控通道、压力传感器阵列与 MEMS 制造工艺融为一体，实现了仅需 10 微升样品、剪切速率最高达每秒 500 万 1/s、粘度范围 0.4 ~ 100,000 mPa·s 的宽动态范围测量能力。其测量基于经典流变学原理，量化的是流体的真实粘度，配合封闭式流道、样品回收、自动扫描与数据合规等特性，解决了传统粘度计样品量大、难以高剪切测量、易受蒸发与污染影响的痛点。在蛋白质治疗药物、高浓度单抗、LNP 递送体系、非牛顿流体研究与高温材料等应用场景中，m-VROC II 以微量、精准、宽范围的综合性能，为研发与质量控制提供了新一代的粘度测量解决方案，是微流控技术赋能传统流变测量的代表性产品。