[发明专利]集成式单光纤微滴操纵器

说明书

本发明提供的是一种集成式单光纤微滴操纵器。其特征是：所述器件由一段包含包层和纤芯的多芯光纤组成，其中纤端经过研磨形成圆锥台纤端，圆锥台纤端的端面上有一层掺杂了光敏材料的注液光滑多孔表面膜，该膜具有填充了润滑剂的阵列沟槽结构；当纤芯传输的光波经过圆锥台纤端反射后汇聚到端面上的注液光滑多孔表面膜后，被光敏材料吸收转化为热能，在照射区域形成温度梯度场，使得附着在注液光滑多孔表面膜上的微滴在温度梯度场的影响下产生润湿梯度力，受力的影响，微滴的姿态会发生变化并产生定向滑动，最后通过控制纤芯内注入光的功率的大小来实现在不同温度梯度场作用下实现对微滴的操控。本发明可以用于流体力学、生物学、医学等领域。

(一)技术领域

本发明提供的是一种集成式单光纤微滴操纵器，本发明可用于流体力学、生物学、医学等领域。

(二)背景技术

光纤作为一种新的信息功能材料，因其具备传输距离远、传输速度快、损耗低、抗扰能力强、可进行活体检测、灵敏度高、响应速度快、生物兼容性强等其他功能材料不具备的优点，成为近年来生物、化学、激光、传感领域的新宠。科学家通过在纤端设计各种微结构的天线以及薄膜来实现光镊、光操纵、光探测等功能。

自然界中存在着多种微纳复合结构的天然超疏水表面，例如荷叶表面的微观结构可以形成稳定的气-液界面层，使水滴容易滚落从而具有不沾污的优异性能；与之类似的还有生活在纳米布沙漠的纳米布沙漠甲虫，它的背部有坚硬的鞘翅，上面有像山峰一样的点和山谷一样的凹槽让其在夜间从雾气中收集水分；而猪笼草作为一种观赏盆栽，因其顶端的彩色唇叶具有一层表面亲水润滑膜，让停在上面的昆虫滑进底部的消化系统。科学家们受此启发制备出仿猪笼草结构注液光滑多孔表面(slippery liquid infused poroussurfaces)。注液光滑多孔表面在防污、促进滴状冷凝、防霜防覆冰、油水分离等方面的有着独特优势，是近年来的研究热点。例如科学家Tian团队利用磁流体(MF)注入的ZnO纳米阵列来控制具有可控和快速响应特性的液滴(Advanced Materials,2017,29(45):1702802)。该装置实现了在定向运动的控制下连续驱动水下油滴。但是该设备不是便携式的，而是耗能的。而且磁流体固有的流动性和挥发性可能会降低所得系统的寿命；科学家 Heng的团队制备了一种多孔导电膜，可通过改变电压来实现电驱动的液滴运动，并探索了润滑剂粘度对自修复性能的影响(Journal of Materials Chemistry,A. Materials for energy andsustainability,2018,6,2414-2421)；科学家Hu团队制备了一种动态驱动的液体注入多孔弹性薄膜，该薄膜通过电压实现对液滴动力学的控制(Advanced Functional Materials,2018,28,1802622.)。但是，上述装置需要复杂的外部能量输入，例如将电压施加到光电协同响应材料时需要额外的电能，不方便用于操纵生物液滴。

我们设计的一种集成式单光纤微滴操控器创新性的将光纤和注液光滑多孔表面结合在一起，可以避免大多数注液光滑多孔表面在使用过程中遭受机械磨损，导致表面润湿性逐渐丧失，增加其使用寿命；同时，在多芯光纤圆台或楔形纤端上制备具有光敏掺杂物的热敏薄膜，薄膜表面制作疏水型阵列，通过改变光纤纤芯不同的排布方式以及每个纤芯传输光波的功率和波长实现对微滴的定向移动以及运动状态的改变。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种集成式单光纤微滴操控器。

本发明的目的是这样实现的：