一种光纤微流体驱动装置及驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微流体控制领域，特别涉及一种光纤微流体驱动装置及驱动方法。
【背景技术】
[0002]微流体控制技术是指在至少有一维为微米甚至纳米尺度的低维通道结构中控制体积为皮升至纳升的流体进行流动并传质、传热的技术，可广泛应用于生化分析、免疫分析、微创外科手术、环境监测等众多领域。
[0003]微流体控制的关键技术主要包括:微通道结构的设计与制造、微纳尺度流体的驱动与控制和微流体控制器件及系统的集成与封装。而微通道结构的设计与制造和微纳尺度流体的驱动与控制是微流体控制的前提。
[0004]微流控系统中流体需要在一定尺寸和结构的微通道中以一定的方式进行流动，以达到传热、传质和动量传输的目的，是微流控系统的核心部分。硅和玻璃材料上加工微通道主要采用光刻和刻蚀技术，但光刻工艺对衬底表面质量要求苛刻、工艺复杂，需要昂贵的曝光和刻蚀设备，成本较高、成品率较低等不足。聚合物类材料的加工通常采用软光刻技术来完成，但有机物导热性差、不耐高温、加工工艺与微制造工艺不兼容，使其在微流控技术的应用受到一定限制。
[0005]另外，流体在微纳尺度的通道中流动的阻力很大，要形成有效的驱动可以有多种方法，如采用注射泵、气泵、蠕动微泵等进行压力驱动，或者利用电渗流、电泳、电润湿和介电流体等现象实现电动力驱动。采用哪种驱动方式都要考虑微流体流量极微、流速可控、低成本和工作时间长。
[0006]目前，微流体的驱动和控制技术种类很多，如按原理来分，可分为压力驱动、电水力驱动、电渗驱动、热驱动、表面张力驱动、离心力驱动等。压力驱动方式是微流控芯片最常见的驱动方式，是流体在压力梯度作用下的运动。采用注射泵、气泵、蠕动微泵等都属于压力驱动。Nakamura H 等人的文章 “Preparat1n of CdSe nanocrystalsin a micro-flow-reactor”中提到的注射泵式的微流控制，使用微型注射器通过温度快速精确的控制微流体的注入，可以实现微小颗粒的控制，并且可以重复使用，该文章发表在Chemical Communicat1ns, 2002 (23): 2844-2845上；另外台湾省财团法人工业技术研宄院吴碧珠等申请的专利“微流体驱动及速度控制装置与方法”(申请号:CN200510135579.3)也是一种活塞是压力驱动方法。这种活塞式压力驱动方法由于采用外部活塞控制微流体，结构复杂，操作困难，集成难度高；Grover W H等人的文章“Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scaleintegrat1n into glass microfluidic devices” 和 Xie J 等人的文章“Surfacemicromachined electrostatically actuated micro peristaltic pump，，中分别介绍了隔膜泵和婦动泵产生压力用以驱动微流体的方法(分别发表在Sensors and ActuatorsB:Chemical, 2003，89(3):315-323 和 Lab on a Chip, 2004，4 (5):495-501 上)，除此之外还有很多种以机械泵作为动力的压力驱动方法，他们必然或多或少的要引入机械结构或微小设备，这对微流控芯片来说是不利的。因此我们提出了一种新的压力驱动方法一一负压力驱动方法，该方法结构简单，压力控制部分与微流控芯片分离无接触，易于实现微型化，集成化。
[0007]综合以上技术，我们利用光纤拉制方法制作一种石英微管作为微流体通道，利用光致热效应使液体产生热对流，利用热对流在石英微管管口处伯努利效应产生的负压作为驱动，提出了一种新型的微流体驱动装置及驱动方法。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种基于光纤结构紧凑操作方便的光纤微流体驱动装置，本发明的目的还在于提供一种光纤微流体驱动装置驱动方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
[0010]光纤微流体驱动装置，包括微型水槽1、石英微管2、微流体3、光纤4、光源5、吸收流体6，光纤与石英微管嵌入微型水槽中并置于微型水槽两侧，从光源发出的光经过光纤入射在微型水槽中使得槽中的吸收流体产生热对流运动，热对流运动在石英微管管口处产生负压，使石英微管中的微流体产生向微型水槽内的流动。
[0011]光纤是单模光纤、多模光纤或光子晶体光纤，光纤端面是平端面、半球形端面、抛物线形端面或锥形端面。
[0012]光源出射光波长与微型水槽中吸收流体的一个吸收峰波长相对应或包含多个吸收峰。
[0013]光纤与石英微管嵌入微型水槽中并置于微型水槽两侧或有一夹角。
[0014]光纤微流体驱动方法，将权利要求1-4所述的所述的光纤微流体驱动装置的光纤与石英微管嵌入微型水槽中，从光源发出的光经过光纤传输入射在微型水槽中使得槽中的吸收流体产生热对流运动，热对流运动在石英微管管口处产生负压，使石英微管中的微流体向微型水槽内流动，通过调节光源功率大小调节石英微管中微流体流出速度。
[0015]本发明的有益效果在于:
[0016]本发明使用石英微管作为微流体通道，石英微管的结构参数可以如拉制光纤的方法拉制，能够灵活控制微流体通道的大小、结构，且技术成熟、制作简单、成本低。本发明巧妙的利用光致液体的热效应产生的液体对流，在微流体通道口产生负压作为压力驱动动力，避免了微流体与加压装置的直接接触。采用光纤作为光能量传输，传输功率高，结构小巧，有利于装置的集成化和小型化。可以根据光源功率的大小调节光纤出射光的功率，从而调节液体中的对流速度，调节微流体通道口的压力大小，实现高精度调节微流体的流动速度。
【附图说明】
[0017]图1为本发明石英微管与光纤同轴放置立体图。
[0018]图2为本发明石英微管与光纤同轴放置侧视图。
[0019]图3为本发明石英微管与光纤有一夹角俯视图。
[0020]图4为本发明所用石英微管结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合实施例和附图本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0022]本发明利用光致热效应，光源发出的光通过光纤传输在液体中出射，产生光致热效应，使得液体流动，在石英微管口形成负压，实现微流体流出。
[0023]光纤微流体驱动装置，包括微型水槽1、石英微管2、微流体3、光纤4、光源5、吸收流体6 ;其特征在于:光纤4与石英微管2嵌入微型水槽I中并置于微型水槽I两侧，端面相距合适距离，从光源5发出的光经过光纤4入射在微型水槽I中使得槽中的吸收流体6产生热对流运动，热对流运动在石英微管2管口处产生负压