[发明专利]一种基于光泳效应的微流开关

说明书

本发明提供一种基于光泳效应的微流开关，利用吸收性粒子在液体中所受的光泳力控制吸收性粒子的位置，实现对微流体通道开关的功能。基于光泳效应的光纤微流体开关，对吸收性粒子实现控制的光泳力由粒子和周围介质之间的热交换决定，其包括激光器、传输光纤、微流体激光耦合装置、带孔光纤、吸收性粒子、微流体导管、微量注射泵。本发明利用吸收性粒子的光泳效应实现光控微流开关，可以实时在线且灵活的控制微流体通道的打开与关闭，该微流体开关结构简单易于实现集成化，成本低廉，操作方便。

技术领域

本发明涉及一种基于光泳效应的微流开关，属于微流体控制技术领域。

背景技术

微流体控制技术是指在至少有一维为微米甚至纳米尺度的低维通道结构中控制体积为皮升至纳升的流体进行流动并传质、传热的技术，可广泛应用于生化分析、免疫分析、微创外科手术、环境监测等众多领域。微流体控制的关键技术主要包括：微通道结构的设计与制造、微纳尺度流体的驱动与控制和微流体控制器件及系统的集成与封装。而微通道结构的设计与制造和微纳尺度流体的驱动与控制是微流体控制的前提。光纤与微流体的结合是有着成本低廉，集成度高，尺寸小等诸多优点，可以在狭小的空间中实现微流体控制。

传统的通过接触和非接触的机械装置实现的微流体系统的开关和利用液态金属作为工作流体的微流体惯性开关，存在机械结构复杂、抗干扰性差、开关不稳定等缺点。因此稳定可控的微流体开关成为研究的热点，光纤与微流体的结合使微流芯片更加集成化。

专利CN109300570B公布了一种基于光纤的光驱动振动装置，利用两种光泳力的作用，实现吸收性粒子的稳定操控，实现吸收性粒子振动频率的控制，简化光驱动马达装置，但这种光驱动振动装置，无法实现吸收性粒子稳定可控操作，也没有与微流体相结合。

最近的一些研究表明，利用光泳效应能够实现强吸收性粒子的捕获和操控，吸收性粒子吸收光使粒子表面产生温度梯度，粒子表面产生温度梯度的吸收性粒子与周围的液体环境进行热交换时引入光泳力，Y.Zhang(Optics Express,27(9),12414,2019)等人提出液体中强吸收性粒子的吸引，利用高斯光束和贝塞尔光束在甘油环境中实现对吸收性粒子的捕获与操作，但这种利用光泳效应的光纤光镊其重点在于研究光泳力对于粒子的捕获与操作，同样未有与微流体的结合工作。

本发明专利利用吸收性粒子和周围介质之间的热交换产生的光泳力实现对吸收性粒子的控制，吸收性粒子所受的光泳力大小与光功率密度相关，通过调节带孔光纤输出光功率可以调整吸收性粒子的位置，实现基于光泳效应的微流体开关。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于光泳效应的微流开关，本发明利用吸收性粒子和周围介质之间的热交换产生的光泳力实现对吸收性粒子的控制，吸收性粒子所受的光泳力大小与光功率密度相关，通过调节带孔光纤输出光功率可以调整吸收性粒子的位置，实现基于光泳效应的微流体开关。

本发明的目的是这样实现的：包括激光器、传输光纤、微流体激光耦合装置、带孔光纤、吸收性粒子、微流体导管、微量注射泵，激光器尾纤连接传输光纤通过微流体激光耦合装置将激光耦合入带孔光纤的纤芯中，经带孔光纤传输后作用到处于微流体通道输出口的吸收性粒子上，微量注射泵泵出的微流体经微流体导管通过微流体激光耦合装置泵入带孔光纤孔中形成微流通道，利用吸收性粒子和周围介质之间的热交换产生的光泳力实现对吸收性粒子的控制，吸收性粒子所受的光泳力大小与光功率密度相关，通过调节带孔光纤输出功率可以调整吸收性粒子的位置，实现基于光泳效应的微流体开关。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.微流体激光耦合装置将微加工的传输光纤对芯焊接带孔光纤纤芯的焊点和微流体导管的一端用胶共同密封在一段毛细管内，保证激光器的激光通过传输光纤耦合进入带孔光纤的纤芯中传输，且微量注射泵泵射的微流体经微流体导管被泵入带孔光纤的孔中传输。