[發明專利]一種基于光泳效應的微流開關

有效

• 申請號: 202011054244.X
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112099149B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 張亞勛;湯曉云;劉志海;張羽;楊軍;苑立波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于光泳效應的微流開關，利用吸收性粒子在液體中所受的光泳力控制吸收性粒子的位置，實現對微流體通道開關的功能。基于光泳效應的光纖微流體開關，對吸收性粒子實現控制的光泳力由粒子和周圍介質之間的熱交換決定，其包括激光器、傳輸光纖、微流體激光耦合裝置、帶孔光纖、吸收性粒子、微流體導管、微量注射泵。本發明利用吸收性粒子的光泳效應實現光控微流開關，可以實時在線且靈活的控制微流體通道的打開與關閉，該微流體開關結構簡單易于實現集成化，成本低廉，操作方便。

技術領域

本發明涉及一種基于光泳效應的微流開關，屬于微流體控制技術領域。

背景技術

微流體控制技術是指在至少有一維為微米甚至納米尺度的低維通道結構中控制體積為皮升至納升的流體進行流動并傳質、傳熱的技術，可廣泛應用于生化分析、免疫分析、微創外科手術、環境監測等眾多領域。微流體控制的關鍵技術主要包括：微通道結構的設計與制造、微納尺度流體的驅動與控制和微流體控制器件及系統的集成與封裝。而微通道結構的設計與制造和微納尺度流體的驅動與控制是微流體控制的前提。光纖與微流體的結合是有著成本低廉，集成度高，尺寸小等諸多優點，可以在狹小的空間中實現微流體控制。

傳統的通過接觸和非接觸的機械裝置實現的微流體系統的開關和利用液態金屬作為工作流體的微流體慣性開關，存在機械結構復雜、抗干擾性差、開關不穩定等缺點。因此穩定可控的微流體開關成為研究的熱點，光纖與微流體的結合使微流芯片更加集成化。

專利CN109300570B公布了一種基于光纖的光驅動振動裝置，利用兩種光泳力的作用，實現吸收性粒子的穩定操控，實現吸收性粒子振動頻率的控制，簡化光驅動馬達裝置，但這種光驅動振動裝置，無法實現吸收性粒子穩定可控操作，也沒有與微流體相結合。

最近的一些研究表明，利用光泳效應能夠實現強吸收性粒子的捕獲和操控，吸收性粒子吸收光使粒子表面產生溫度梯度，粒子表面產生溫度梯度的吸收性粒子與周圍的液體環境進行熱交換時引入光泳力，Y.Zhang(Optics Express,27(9),12414,2019)等人提出液體中強吸收性粒子的吸引，利用高斯光束和貝塞爾光束在甘油環境中實現對吸收性粒子的捕獲與操作，但這種利用光泳效應的光纖光鑷其重點在于研究光泳力對于粒子的捕獲與操作，同樣未有與微流體的結合工作。

本發明專利利用吸收性粒子和周圍介質之間的熱交換產生的光泳力實現對吸收性粒子的控制，吸收性粒子所受的光泳力大小與光功率密度相關，通過調節帶孔光纖輸出光功率可以調整吸收性粒子的位置，實現基于光泳效應的微流體開關。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種基于光泳效應的微流開關，本發明利用吸收性粒子和周圍介質之間的熱交換產生的光泳力實現對吸收性粒子的控制，吸收性粒子所受的光泳力大小與光功率密度相關，通過調節帶孔光纖輸出光功率可以調整吸收性粒子的位置，實現基于光泳效應的微流體開關。

本發明的目的是這樣實現的：包括激光器、傳輸光纖、微流體激光耦合裝置、帶孔光纖、吸收性粒子、微流體導管、微量注射泵，激光器尾纖連接傳輸光纖通過微流體激光耦合裝置將激光耦合入帶孔光纖的纖芯中，經帶孔光纖傳輸后作用到處于微流體通道輸出口的吸收性粒子上，微量注射泵泵出的微流體經微流體導管通過微流體激光耦合裝置泵入帶孔光纖孔中形成微流通道，利用吸收性粒子和周圍介質之間的熱交換產生的光泳力實現對吸收性粒子的控制，吸收性粒子所受的光泳力大小與光功率密度相關，通過調節帶孔光纖輸出功率可以調整吸收性粒子的位置，實現基于光泳效應的微流體開關。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.微流體激光耦合裝置將微加工的傳輸光纖對芯焊接帶孔光纖纖芯的焊點和微流體導管的一端用膠共同密封在一段毛細管內，保證激光器的激光通過傳輸光纖耦合進入帶孔光纖的纖芯中傳輸，且微量注射泵泵射的微流體經微流體導管被泵入帶孔光纖的孔中傳輸。