[实用新型]一种基于数字全息显微技术的热流体动力学测量装置

说明书

本实用新型提供了一种基于数字全息显微技术的热流体动力学测量装置，装置包括：干涉装置、成像系统、流体控制系统、相移器和待测芯片。其中所述干涉装置包括：连续激光器分光镜、高反镜、物镜、双凸透镜和目镜；所述成像系统包括：面阵CCD、采集卡和电脑；所述流体控制系统由双通道注射泵实现；所述相移器由蛇形微混合器和相移腔室组成，通过微混合器调节相移腔室中流体的浓度以改变折射率来实现相移的调节；所述相移器和待测芯片是由PDMS在硅片上倒模制成的。本实用新型实现了微流控相移元件的集成化，制作工艺简单，工作原理可靠，简化了相移操作，降低了操作成本，同时该测量系统具备无标记、集成性、稳定性、可完成瞬态测量等优点。

技术领域

本实用新型涉及流体动力学测量领域，具体涉及一种基于数字全息显微技术的热流体动力学测量装置。

背景技术

流体动力学测量中，常常通过测量流体的浓度梯度来研究计算各项动力学参数。

荧光标记作为传统的用于分析微流体中浓度梯度的方法，具有较高灵敏度、特异性以及与高通量微流控系统的兼容性，但化学标记不可避免地会干扰测定，并且长时间的监测下，光漂白效应可能会限制测量精度；对于定量分析来说，测定的荧光信号偏差不均匀。

其他无标记检测手段，比如基于表面增强拉曼散射、拉曼光谱和核磁共振光谱等方法，均是基于吸收率的光谱方法。这些方法通常都受到单点测量的限制，使其几乎无法应用于微通道中浓度梯度的全场监控，且动态测量的时间分辨率较差。

数字全息显微术(DHM)可以用来显示微通道中的扩散区域，所以也被用作研究流体动力学的无标记定量方法，但在不进行相移的情况下，只能得到定性结果。为定量测量微通道中的浓度梯度，需要引入相移元件，比如步进电机、反射镜位移和光栅移动等，但这很容易使系统产生机械不稳定性，并且需要在测量之前进行波长校准，因此，它们很难与微流控网络集成，用于实验室芯片应用。另外，流体扩散是随时间变化的，它依赖于两种流体之间的浓度差和局部速度，而传统的时间相移方案不足以快速、准确地解决瞬态事件。

发明内容

鉴于上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：基于数字全息显微技术，提出了一种基于数字全息显微技术的热流体动力学测量装置。

所述一种基于数字全息显微技术的热流体动力学测量装置，包括：干涉装置、成像系统、流体控制系统、相移器和待测芯片。

干涉装置包括：由连续激光器(型号为：MSL-FN-671-100mW)、分光镜、高反镜、物镜、双凸透镜和目镜组成的马赫曾德干涉系统；

成像系统包括：面阵CCD(型号为：OPT-CC/M130-GH-04)、采集卡和电脑；

流体控制系统靠双通道注射泵(型号为：LEAD FLUID TYD02-02)实现；

相移器与待测芯片是由PDMS(聚二甲基硅氧烷)在硅片上倒模制成的。

相移器的结构为蛇形微混合器与相移腔室组成，通过微混合器调节腔室中流体的浓度以改变折射率来实现相移的调节。

待测芯片的结构为一个H型微流控空腔，可提供热流体动力学的扩散区，以产生浓度梯度场。

一种基于数字全息显微技术的热流体动力学测量方法应用于上述装置，包括以下步骤：

S1、用面阵CCD采集六张全息图。包括五张物光经过充满去离子水的待测芯片且保持不变，参考光相位每次相差β(调控的相位分别为-2β、-β、0、β、2β)的基础全息图；另有一张物光经过待测芯片扩散区的浓度梯度场，参考光相位调控为0的瞬态全息图。