[发明专利]一种无损测量微球直径均匀度的测量装置及方法

说明书

本发明属于微球结构器件尺寸参数均匀度的测量技术领域，具体涉及一种无损测量微球直径均匀度的测量装置及方法。本发明的目的是解决微球直径均匀度的测量和标定过程中对微球产生破环性而无法重复使用的问题。本发明包括测试激光器、纳米光纤、待测微球和光电探测器，所述测试激光器与纳米光纤的输入端连接，所述纳米光纤的输出端与光电探测器的输入端连接。本发明微球接触纳米光纤的过程只是点接触，对微球透射率及表面特性没有影响，测量后微球可以继续使用，能够无损测量微球直径均匀度。

技术领域

本发明属于微球结构器件尺寸参数均匀度的测量技术领域，具体涉及一种无损测量微球直径均匀度的测量装置及方法。

背景技术

微球具有单分散、具有不同分子量、不同结构形态与表面特征等特点，而且可在其表面上引入不同功能基团。这样的微球具有比表面积大，吸附性强、力学性能好，耐溶剂范围广，方便回收和可重复利用等优点，其在许多领域里有着广阔的应用前景。应用范围涉及标准计量、食品化工、医药学、生物工程、信息工程、微电子技术等各个领域，特别是生物医学领域，对临床诊断、检验、免疫技术、细胞学等应用的研究意义重大，并形成专门的研究体系。

微球尺寸的均匀度是众多研究和开发领域中关注的重要参数之一。在确定病毒，细菌和细胞成分大小的生物学应用、制药业和陶瓷、粉末、粘土、颜料、磨料、抛光剂、土壤等领域标准微球的精确测量都有着重要的作用。微球参数对具体器件开发有着重要的影响，尤其在质量和过程控制的工业生产中，必须精确确定微球的直径及其均匀度等参数。测量100微米以下物体的尺寸的方法有很多，但是，这些测量方法的测量系统应该根据尺寸标准进行校准，其中尺寸标准物质的精确尺寸测量尤其重要。

以微球为基本器件的光学传感器的研发设计和光与物质相互作用的实验研究中，在使用之前就需要测量确定微球直径，而且在测量之后对微球特性不能产生影响和损坏，因此亟需一种成本低廉、无损测量微球直径均匀度的装置和方法。

微球由于其直径在微米量级，光学显微镜由于衍射极限的限制，在测量微球的直径均匀度时误差较大。另外，准确测量微球直径均匀度的常用方法是扫描电子显微镜。此方法在测量过程中，需要进行喷金处理，即在微球表面镀一层金元素层。扫描电子显微镜的测量方法使得微球表面特性发生根本性变化，造成微球在诸多应用领域无法在测量后继续使用。同时微球由于表面镀层的存在影响其直径的准确表征，准确度大幅度下降。此外，扫描电子显微镜因为其价格贵、成本高、维护复杂等原因无法普遍使用。

发明内容

本发明的目的是解决微球直径均匀度的测量和标定过程中对微球产生破环性而无法重复使用的问题，提供了一种无损测量微球直径均匀度的装置及方法。此方法测量微球后对微球无损坏，而且测量精度高、设备低廉、操作简单。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种无损测量微球直径均匀度的测量装置，包括测试激光器、纳米光纤、待测微球和光电探测器，所述测试激光器与纳米光纤的输入端连接，所述纳米光纤的输出端与光电探测器的输入端连接，所述纳米光纤用于与待测微球进行接触耦合，以便于光电探测器测得纳米光纤接触待测微球不同位置下的激光透射谱。

进一步，所述纳米光纤为锥形纳米光纤，其直径从输入端到锥腰沿着轴向逐渐减小直至小于300-400纳米，从锥腰到输出端沿着轴向逐渐增大到正常直径，所述纳米光纤是将光纤波导通过微加工过程制成直径在微米以下的纳米光纤，原有的普通光纤芯径与原有光纤包层熔融在一起成为光传输通道，外部空气成为包层。

一种测量微球直径均匀度的方法，包括以下步骤:

步骤1.将测试激光器进行波长进扫描，并将测试激光器输出的激光耦合进入纳米光纤输入端，激光经过纳米光纤后输出至探测器，利用光电探测器测量得到纳米光纤输出端的激光透射谱P1；

步骤2.将待测微球附着于纳米光纤的锥腰表面；