[发明专利]一种用空心光纤锥光镊分类和收集大气PM2.5粒子的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对大气PM2.5粒子的分类和收集装置，具体涉及一种用空心光纤锥光镊分类和收集大气PM2.5粒子的装置。

背景技术

近年来，空气污染严重影响人类正常的生产、生活，其中PM2.5粒子由于其对人类健康的巨大威胁，近年来受到人们的广泛关注。特别是PM2.5粒子由于体积小，可被直接吸入肺部，引起呼吸系统疾病；PM2.5粒子会引发血管炎症和动脉粥样硬化，最终导致心血管疾病的发生；此外，粒径小于100nm的PM2.5粒子甚至可以直接进入人类大脑，危及人类生命安全。中国科学院陈竺院士等研究者的调查数据显示，中国每年因室外空气污染导致的早死人数在35万到50万之间。为了有效遏制PM2.5粒子的产生和扩散，就必须针对性地研究其中包含的各种成分粒子的生化特性，因此需要对大气PM2.5粒子进行有效的分类和研究。本发明提出了一种用空心光纤锥光镊，实现对大气PM2.5粒子分类和收集的装置，既可以根据PM2.5粒子的质量有效分离和收集不同粒子，又利用光场来完成相应操作，不会对粒子造成接触性污染。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明解决了空气污染中PM2.5粒子的有效和高精度分类和收集问题，提供了一种用空心光纤锥光镊分类和收集大气PM2.5粒子的装置。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明提出了一种用空心光纤锥光镊俘获、分类和收集大气PM2.5粒子的结构，包括532nm半导体激光器1、半透半反镜2、空心光纤锥3、粒子分离池4、高倍生物显微镜5、计算机控制单元6、垫片7、分流垫片8、石英窗口片9、粒子悬浮液10、PM2.5粒子11、粒子通道12、粒子通道13、粒子通道14、收集容器15、收集容器16、收集容器17、粉尘粒子18、金属络合物粒子19、生物病菌粒子20。其中，532nm半导体激光器1发出波长为532nm的入射光，该入射光经由半透半反镜2反射进入空心光纤锥3，入射光在其亚波长直径的尖端处会产生倐逝场，可形成光镊，实现对粒子分离池4中的PM2.5粒子11进行俘获和转移，部分反射光经由半透半反镜2透射进入高倍生物显微镜5，采集到的图像和视频信息传输到计算机控制单元6，可实现对整个操作过程的观测、记录，同时，该计算机控制单元6可根据不同质量PM2.5粒子的分离条件，实时调节532nm半导体激光器1的输出功率，实现对指定质量PM2.5粒子11进行俘获和收集。

上述方案中，所述的532nm半导体激光器1的输出功率范围为1pW到30mW，半透半反镜2的反射率为90%、透射率为10%。空心光纤锥3由内径为100μm、外径为350μm的空心石英毛细管经加热熔融后拉制获得，最终得到的空心光纤锥3的外径为5μm、内径为1μm、锥尖直径为300nm，高倍生物显微镜5的放大倍率为50到2600倍。

上述方案中，所述的粒子分离池4由厚度为1mm的垫片7和分流垫片8，厚度为0.1mm、边长为15mm的融石英正方形的石英窗口片9，内部填充去离子水粒子悬浮液10和粒径为0.5μm到2μm的大气污染物颗粒PM2.5粒子11，被俘获和分离的粒径为1μm的粉尘粒子18，粒径为2μm的金属络合物粒子19，粒径为1.5μm的生物病菌粒子20，分别经由宽度为2mm的粒子通道12、粒子通道13、粒子通道14，进入对应的收集容器15、收集容器16、收集容器17。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是

1) 本发明中的入射光进入空心光纤锥3会产生倏逝场，在光纤锥尖端形成光镊，通过调节入射光功率和角度，可以通过高倍生物显微镜下的微光学操控，在单分子水平上实现对粒径范围为500nm到2.5μm、不同质量PM2.5粒子的有效分类和收集；

2) 本发明中使用的光镊技术对PM2.5粒子进行操作，不会对粒子造成接触性污染。

附图说明

附图1为一种用空心光纤锥光镊分类和收集大气PM2.5粒子的装置。

附图2为粒子分离池4内三种PM2.5粒子的分离示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式阐明本发明的实质特点和显著进步。