[發(fā)明專利]基于環(huán)形芯毛細(xì)管光纖的光熱微推進(jìn)器

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010276481.4
• 申請日: 2020-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN111637034A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑婷婷;張曉彤;苑立波
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F04B13/00
• 分類號(hào): F04B13/00;F04B53/00;F04B17/00;G02B6/032
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種基于環(huán)形芯毛細(xì)管光纖的光熱微推進(jìn)器。其特征為，該光熱微推進(jìn)器由一段經(jīng)微加工處理過的環(huán)形芯毛細(xì)管光纖和光源組成。將毛細(xì)管光纖加工制備成類噴射泵的樣子，其中環(huán)形光纖芯的一端通過加熱熔縮變細(xì)，形成實(shí)心的光波通道。一端密封后，通過空氣加壓加熱的方法，制備出一個(gè)近球形加熱室，在加熱室外表面采用飛秒打孔加工技術(shù)，制備出一個(gè)微流液體微孔作為進(jìn)液入口。在開放端通過單側(cè)熱熔拉錐的方法制備出一個(gè)拉瓦爾噴嘴，未加工的末端為開放式通道口，與所需使用的微流控芯片內(nèi)的微流通道相連。這種能用于微流控芯片的毛細(xì)管光纖光熱微推進(jìn)器制備簡單，一致性好，便于嵌入在芯片內(nèi)，與光源連接方便快捷，適合規(guī)模化大批量生產(chǎn)。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于環(huán)形芯毛細(xì)管光纖的光熱微推進(jìn)器，便于嵌入微流控芯片內(nèi)，同樣在微米尺度操作微量液體中可以代替微量注射泵和微流蠕動(dòng)泵等大尺寸進(jìn)樣設(shè)備，為微流控芯片在化學(xué)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域高通量分析及檢測的外圍控制設(shè)備提供了一種便捷的方法，屬于光流控技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

微流控技術(shù)(Microfluidics或Lab-on-a-chip)指的是使用幾十微米或數(shù)百微米的微通道處理或操縱微小流體的系統(tǒng)。微流控技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門涉及化學(xué)、流體物理、光學(xué)、微電子、新材料、生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程的新興交叉學(xué)科。由于微流控芯片中的樣品體積小，檢測光程短，靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、功耗低的光學(xué)檢測器和新型檢測方法對于微流控技術(shù)向?qū)嵱没l(fā)展至關(guān)重要，并且無論是生物檢測、藥物測試，還是化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測，需要微升級(jí)液體的系統(tǒng)越來越多。微流系統(tǒng)中除了芯片為主要的技術(shù)集成單元，還需要很多其他外圍設(shè)備，如進(jìn)樣設(shè)備、流體驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備、溫度控制和檢測控制等單元，這些設(shè)備進(jìn)而再與具備不同用途的微流控芯片單元連接，完成功能需求。

現(xiàn)如今已存在的與光纖相結(jié)合的微流控芯片及應(yīng)用包括：光纖型微流控電泳芯片【蘇波等，光纖型微流控電泳芯片的研制。測控技術(shù)，2005，24(11)：5-8】，該芯片實(shí)現(xiàn)了在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上制作深度不同的微流控溝道和光纖溝道，使光纖與微流控溝道能夠方便地對準(zhǔn)。還有一種是內(nèi)嵌光纖型微流控芯片【金永龍等，基于準(zhǔn)分子激光加工技術(shù)的內(nèi)嵌光纖型微流控器件的制備。中國激光，2008，35(11)：1821-1824】，其制備方法是利用248nm的KrF準(zhǔn)分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上進(jìn)行微加工，構(gòu)建芯片結(jié)構(gòu)，并嵌入腐蝕過的直徑35μm的單模光纖，從而形成內(nèi)嵌光纖型芯片。這兩種均是傳統(tǒng)微流控芯片結(jié)合光纖實(shí)現(xiàn)的，除此之外，也可以將帶有空氣孔的特種光纖作為芯片微通道的一部分，如直接利用中空光子晶體光纖的中空光學(xué)通道作為微流物質(zhì)通道【江超，飛秒激光脈沖精密制作微流光纖器件及其應(yīng)用。激光雜志，2009，30(5)：6-8】。這種微流測量器件的工作原理是基于光纖中傳輸?shù)墓鈭鲋苯优c微流物質(zhì)相互作用，從而改變光纖中光波的特性。也有通過某些加工技術(shù)對光纖進(jìn)行微加工處理，近而達(dá)到微流控芯片的功能。例如利用飛秒激光輔助加工的方法也可以在單模光纖中加工出平行于纖芯的微流通道，從而制成了一種能夠應(yīng)用于液體折射率傳感的新型光纖微流體器件【李翔，光纖微流體器件的飛秒激光制備及液體折射率傳感。哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013；孫慧慧，光纖內(nèi)馬赫澤德干涉微腔的飛秒激光制備及溫鹽傳感特性。哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015】，這種微流體器件具有耐高溫特性，液體在微流通道內(nèi)部流動(dòng)，避免被測液體與外界接觸，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。專利CN106582903提出了一種光熱波導(dǎo)的微流控芯片，該光熱波導(dǎo)浸沒在長方體的微流室底部，并且微流室的長寬高一定，光波導(dǎo)表面涂有導(dǎo)熱性能的納米材料，流體流動(dòng)強(qiáng)度和光功率成正相關(guān)關(guān)系。

在以上這幾種與光纖有關(guān)的微流系統(tǒng)中，進(jìn)樣液體往往需要被驅(qū)動(dòng)、控制或者進(jìn)行各種各樣的操作，均未用及光纖中的光熱效應(yīng)特性。以上微流系統(tǒng)中，進(jìn)樣方式依然需要連接微泵，如蠕動(dòng)泵或微流注射器等大體積外圍設(shè)備。