[發明專利]集成式單光纖微滴操縱器

在審

• 申請號: 202010892269.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112216418A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 鄧洪昌;羅中岳;王瑞;苑立波;張文濤
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種集成式單光纖微滴操縱器。其特征是：所述器件由一段包含包層和纖芯的多芯光纖組成，其中纖端經過研磨形成圓錐臺纖端，圓錐臺纖端的端面上有一層摻雜了光敏材料的注液光滑多孔表面膜，該膜具有填充了潤滑劑的陣列溝槽結構；當纖芯傳輸的光波經過圓錐臺纖端反射后匯聚到端面上的注液光滑多孔表面膜后，被光敏材料吸收轉化為熱能，在照射區域形成溫度梯度場，使得附著在注液光滑多孔表面膜上的微滴在溫度梯度場的影響下產生潤濕梯度力，受力的影響，微滴的姿態會發生變化并產生定向滑動，最后通過控制纖芯內注入光的功率的大小來實現在不同溫度梯度場作用下實現對微滴的操控。本發明可以用于流體力學、生物學、醫學等領域。

(一)技術領域

本發明提供的是一種集成式單光纖微滴操縱器，本發明可用于流體力學、生物學、醫學等領域。

(二)背景技術

光纖作為一種新的信息功能材料，因其具備傳輸距離遠、傳輸速度快、損耗低、抗擾能力強、可進行活體檢測、靈敏度高、響應速度快、生物兼容性強等其他功能材料不具備的優點，成為近年來生物、化學、激光、傳感領域的新寵?？茖W家通過在纖端設計各種微結構的天線以及薄膜來實現光鑷、光操縱、光探測等功能。

自然界中存在著多種微納復合結構的天然超疏水表面，例如荷葉表面的微觀結構可以形成穩定的氣-液界面層，使水滴容易滾落從而具有不沾污的優異性能；與之類似的還有生活在納米布沙漠的納米布沙漠甲蟲，它的背部有堅硬的鞘翅，上面有像山峰一樣的點和山谷一樣的凹槽讓其在夜間從霧氣中收集水分；而豬籠草作為一種觀賞盆栽，因其頂端的彩色唇葉具有一層表面親水潤滑膜，讓停在上面的昆蟲滑進底部的消化系統?？茖W家們受此啟發制備出仿豬籠草結構注液光滑多孔表面(slippery liquid infused poroussurfaces)。注液光滑多孔表面在防污、促進滴狀冷凝、防霜防覆冰、油水分離等方面的有著獨特優勢，是近年來的研究熱點。例如科學家Tian團隊利用磁流體(MF)注入的ZnO納米陣列來控制具有可控和快速響應特性的液滴(Advanced Materials,2017,29(45):1702802)。該裝置實現了在定向運動的控制下連續驅動水下油滴。但是該設備不是便攜式的，而是耗能的。而且磁流體固有的流動性和揮發性可能會降低所得系統的壽命；科學家 Heng的團隊制備了一種多孔導電膜，可通過改變電壓來實現電驅動的液滴運動，并探索了潤滑劑粘度對自修復性能的影響(Journal of Materials Chemistry,A. Materials for energy andsustainability,2018,6,2414-2421)；科學家Hu團隊制備了一種動態驅動的液體注入多孔彈性薄膜，該薄膜通過電壓實現對液滴動力學的控制(Advanced Functional Materials,2018,28,1802622.)。但是，上述裝置需要復雜的外部能量輸入，例如將電壓施加到光電協同響應材料時需要額外的電能，不方便用于操縱生物液滴。

我們設計的一種集成式單光纖微滴操控器創新性的將光纖和注液光滑多孔表面結合在一起，可以避免大多數注液光滑多孔表面在使用過程中遭受機械磨損，導致表面潤濕性逐漸喪失，增加其使用壽命；同時，在多芯光纖圓臺或楔形纖端上制備具有光敏摻雜物的熱敏薄膜，薄膜表面制作疏水型陣列，通過改變光纖纖芯不同的排布方式以及每個纖芯傳輸光波的功率和波長實現對微滴的定向移動以及運動狀態的改變。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種集成式單光纖微滴操控器。

本發明的目的是這樣實現的：