[发明专利]基于光子晶体光纤的微泵驱动装置

说明书

技术领域

本发明属于微流体驱动技术领域，涉及一种基于光子晶体光纤的微泵驱动装置。

背景技术

随着材料科学、纳米技术和微加工技术的飞速发展，微流体装置和分析系统(μTas，Lab-on-a-Chip)获得了广泛的应用。微流体装置主要包括微流道、微喷嘴、微射流元件、微压和微流量传感器、微混合器、微阀和微泵，其中微阀和微泵是最关键的装置。由于微泵可精确控制流量，因此其在药物微量输送、燃料微量喷射、细胞分离、集成电子元件冷却、微量化学分析以及微小型卫星的推进等方面有着重要的应用前景。

微泵的驱动和控制方式包括压力式、电渗式、电水力式、表面张力式、热(气泡)式、压电和静电式、超声波式以及传统光驱动式等。每种驱动和控制可能有阀或无阀，有各自的优势。但压力驱动和控制不易小型化；电渗驱动和控制对管壁材料和被驱动的流体的物理化学性质(pH值和离子浓度等)敏感，电渗流所需高压电源会带来不安全、功耗大的问题；电水力驱动和控制仅仅适用于导电率极低的流体；表面张力驱动和控制控制难度极大；热(气泡)驱动和控制的驱动速度较低；离心驱动和控制存在操作灵活性的限制；传统的光驱动和控制填充了光热转换的低沸点氟类不活性工作流体，响应时间长。而且，上述几种驱动和控制技术存在两个统一的难题：(1)因为不能聚焦，所以难以实现对流体中单粒子进行操控；(2)仅仅作为驱动源，不能实现集检测为一体。如果需要实现检测功能，则需要额外配置传感器系统，增加了微流体系统的复杂性，提高了加工工艺难度和制造成本。

发明内容

本发明为了解决传统微泵技术存在不能实现单粒子的有效输运、不能进行本位检测的问题，提供了一种基于光子晶体光纤的微泵装置，该装置集驱动、控制和检测本位一体，利用光子晶体光纤的多孔结构提供微流道，利用光子带隙作用实现光波导，利用激光的辐射力驱动微流体及流体中的粒子，通过调节能量来控制微流体及粒子输运速度，结合双光束多普勒效应实现粒子流速检测。

本发明包括激光光源、准直器、可调光衰减器、透镜、第一反光镜、第一物镜、容器池、第一CCD、光子晶体光纤、第二物镜、第二反光镜、多模光纤、光电探测器、滤光片、第二CCD、数据采集卡、计算机。

激光光源发出的光依次经准直器、可调光衰减器、透镜、第一反光镜和第一物镜到达容器池中，驱动微流体和粒子进入光子晶体光纤进行输运。所述的光子晶体光纤位于容器池的正上方，光子晶体光纤一端正对容器池，另一端正对第二物镜。从第二物镜出射的光依次经第二反光镜和多模光纤到达光电探测器，所述光电探测器的电信号输出端连接至数据采集卡的第一输入端。

所述的第一CCD采集容器池内的粒子从容器池到光子晶体光纤入口的图像，第一CCD的信号输出端连接至数据采集卡的第二输入端；所述的第二CCD采集粒子在光子晶体光纤内的图像，第二CCD的信号输出端连接至数据采集卡的第三输入端。

所述的数据采集卡的输出端连接至计算机。

所述的第二CCD的镜头前设置有滤光片。

所述的光子晶体光纤为光子带隙导光型光子晶体光纤。

本发明可以实现单粒子的输运，为微燃烧机理研究奠定基础，也可实现含有多粒子的多相流输运。该装置不仅应用于能源领域，而且还可以用于环境化学、生命科学、生物医药、航空航天等诸多领域。

与现有技术相比较，本发明提出的利用基于光子晶体光纤的微泵驱动装置可以有效地对微流体和粒子的输运进行驱动、控制和检测。由于本发明可以实现单粒子的输运，而且集驱动、控制和检测于一体，因此大大降低了微系统复杂性，减少了成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的微泵驱动粒子进行输运的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详尽的描述。