光纖操控微球及其濃度傳感研究.pdf

1、光纖操控微粒技術(shù)可用于微納加工工藝中微小顆粒的裝配，也可用于生物、醫(yī)藥研究領(lǐng)域中微粒的分選、細(xì)胞分離以及微粒精確定位操作等。微流芯片應(yīng)用中，微流濃度傳感對(duì)其應(yīng)用和發(fā)展具有十分重要的意義，本文提出了基于平端面單模光纖的單根操控探針，并結(jié)合光纖操控與微流芯片，實(shí)現(xiàn)了高集成度的光纖微流傳感器。
　　由于平端面的單模光纖的出射場(chǎng)是發(fā)散的，基于該結(jié)構(gòu)，本文提出兩種不同原理的操控方法：
　?。?）在狹小的微流通道中利用斯托克斯阻力和光的

2、散射力共同對(duì)單個(gè)聚苯乙烯微球進(jìn)行操控，并研究微流的濃度傳感特性；
　?。?）結(jié)合負(fù)光泳力和散射力，對(duì)聚苯乙烯微球?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模操控，并研究了光功率以及微球尺寸對(duì)操控的影響。
　　微粒在流體中運(yùn)動(dòng)會(huì)受到流體的阻力，微流通道中的阻力可以通過(guò)斯托克斯阻力公式描述為：Fv?6??rv。通過(guò)控制微流的流速和光功率，使得微流對(duì)微球的斯托克斯阻力Fv與光纖出射激光對(duì)微球的散射力Fs達(dá)到平衡，即Fv=Fs。微流濃度增加，粘滯系數(shù)隨之增大，光纖端

3、面與被操控微球之間的距離變小。本文提出通過(guò)測(cè)量微球與光纖之間的距離實(shí)現(xiàn)微流濃度傳感。實(shí)驗(yàn)采用980nm激光提供散射力，被操控微球的直徑為7μm，在340 mM至510mM范圍內(nèi)，靈敏度可達(dá)7.1μm/mM。更重要的是，通過(guò)調(diào)整激光功率和微流流速，其靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)更為廣泛的應(yīng)用環(huán)境。
　　另一方面，與傳統(tǒng)光操控不同的是，負(fù)光泳操控范圍廣，可以對(duì)大量的聚苯乙烯微球同時(shí)進(jìn)行操控。使用1550nm激光進(jìn)行操控時(shí)，可