[发明专利]基于多孔光纤的光热助推器

说明书

本发明提供了一种基于多孔光纤的光热助推器。其特征为，该光热助推器由一段经微加工处理过的多孔光纤和光源组成。将多孔光纤加工制备成类喷射泵的样子，其中多孔光纤的一端形成实心单芯光纤端，然后通过空气加压加热的方法，制备出一个近球形加热室，该加热室空气孔之间的包层膨胀变薄直至完全热熔消失，纤芯贯穿整个加热室悬挂于中间。在加热室外表面采用飞秒打孔加工技术，制备出一个微流液体微孔作为进液入口，在开放端通过单侧热熔拉锥的方法制备出一个拉瓦尔喷嘴，与所需使用的微流控芯片内的微流通道相连。这种能用于微流控芯片的多孔光纤光热助推器制备简单，一致性好，便于嵌入在芯片内，与光源连接方便快捷，适合规模化大批量生产。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于多孔光纤的光热助推器，便于嵌入微流控芯片内，同样在微米尺度操作微量液体中可以代替微量注射泵和微流蠕动泵等大尺寸进样设备，为微流控芯片在化学、生物、医药等领域高通量分析及检测的外围控制设备提供了一种便捷的方法，属于光流控技术领域。

(二)背景技术

微流控技术(Microfluidics或Lab-on-a-chip)指的是使用几十微米或数百微米的微通道处理或操纵微小流体的系统。微流控技术经过几十年的发展，已经成为一门涉及化学、流体物理、光学、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。由于微流控芯片中的样品体积小，检测光程短，灵敏度高、响应时间快、功耗低的光学检测器和新型检测方法对于微流控技术向实用化发展至关重要，并且无论是生物检测、药物测试，还是化学分析、环境监测，需要微升级液体的系统越来越多。微流系统中除了芯片为主要的技术集成单元，还需要很多其他外围设备，如进样设备、流体驱动控制设备、温度控制和检测控制等单元，这些设备进而再与具备不同用途的微流控芯片单元连接，完成功能需求。

现如今已存在的与光纤相结合的微流控芯片及应用包括：光纤型微流控电泳芯片【苏波等，光纤型微流控电泳芯片的研制。测控技术，2005，24(11)：5-8】，该芯片实现了在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上制作深度不同的微流控沟道和光纤沟道，使光纤与微流控沟道能够方便地对准。还有一种是内嵌光纤型微流控芯片【金永龙等，基于准分子激光加工技术的内嵌光纤型微流控器件的制备。中国激光，2008，35(11)：1821-1824】，其制备方法是利用248nm的KrF准分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上进行微加工，构建芯片结构，并嵌入腐蚀过的直径35μm的单模光纤，从而形成内嵌光纤型芯片。这两种均是传统微流控芯片结合光纤实现的，除此之外，也可以将带有空气孔的特种光纤作为芯片微通道的一部分，如直接利用中空光子晶体光纤的中空光学通道作为微流物质通道【江超，飞秒激光脉冲精密制作微流光纤器件及其应用。激光杂志，2009，30(5)：6-8】。这种微流测量器件的工作原理是基于光纤中传输的光场直接与微流物质相互作用，从而改变光纤中光波的特性。也有通过某些加工技术对光纤进行微加工处理，近而达到微流控芯片的功能。例如利用飞秒激光辅助加工的方法也可以在单模光纤中加工出平行于纤芯的微流通道，从而制成了一种能够应用于液体折射率传感的新型光纤微流体器件【李翔，光纤微流体器件的飞秒激光制备及液体折射率传感。哈尔滨工业大学，2013；孙慧慧，光纤内马赫泽德干涉微腔的飞秒激光制备及温盐传感特性。哈尔滨工业大学，2015】，这种微流体器件具有耐高温特性，液体在微流通道内部流动，避免被测液体与外界接触，具有很强的抗干扰能力。专利CN106582903提出了一种光热波导的微流控芯片，该光热波导浸没在长方体的微流室底部，并且微流室的长宽高一定，光波导表面涂有导热性能的纳米材料，流体流动强度和光功率成正相关关系。

在以上这几种与光纤有关的微流系统中，进样液体往往需要被驱动、控制或者进行各种各样的操作，均未用及光纤中的光热效应特性。以上微流系统中，进样方式依然需要连接微泵，如蠕动泵或微流注射器等大体积外围设备。