一种微小粒子排布装置及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种微小粒子排布装置，本发明也涉及一种微小粒子排布装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科学技术向微观领域的无限扩展，对微小粒子的操作研宄逐渐风靡起来。
[0003]1986 年 Askin 在
[0004]Observat1nof as ingle-beamgradientforceopticaltrapfordie lectricparti cles” 一文中提出一种基于单束激光的三维光学势阱，用于实现对粒子的三维空间控制，因为此光束可以实现空间对微小粒子的夹持，而得名“光镊”，这篇文章发表在Opt.Lett.11，288-290。此后，光镊技术发展迅速，成为重要的研宄技术手段，并促进了若干交叉领域的快速发展。例如:在微小粒子的捕获和搬运、皮牛级力的测量、微机械与微器件的组装等领域得到广泛的应用。特别在生命科学领域，光镊技术以其非接触式、无损探测的本质特性显示了其无与伦比的优势，对于推动生命科学的发展和微生命体的操纵发挥了巨大的作用。光镊俘获的粒子尺度可以从几纳米到几十微米，可以为刚性颗粒，也可以是软物质颗粒；可以为无生命的颗粒，也可以是活体细胞或病毒。光镊是利用光强度分布的梯度力和散射力俘获和操纵微小粒子的工具。
[0005]JonathanLeach 等(OpticsExpress，Vol.12，January2004)利用全息光摄同时操作多个粒子进行三维空间排列，从而创建微晶体结构。CN101893736A表述的基于阵列芯光纤的轴向阵列光镊及光动力控制方法，可以在光纤端形成轴向分布的系列光学势阱，将捕获的粒子排列成一系列间距固定的空间位置，实现微小粒子的显微精细操作。
[0006]此外，自1992 年 S.Kawata 和 T.Sugiura (Opt.Lett.17，772-774，1992)第一次证明了可以用棱镜产生的倏逝场对微粒进行操纵后，基于倏逝场的微小粒子操作也得到了逐步的发展。人们利用光波导产生的倏逝波对多种微小粒子的操作进行了研宄。
[0007]HongbaoXin 等(OpticsExpress，Vol.19，January2011)利用光学梯度力，用弯成球拍形状的光纤在97mW输出功率下令微小粒子趋向于球拍状光纤内部移动并不规则排列。
[0008]尽管上述各个对微小粒子的捕获或运输方法都有一定的优点，但是仍然存在一些不足之处。例如，粒子移动难控制，装置操作困难，微小粒子排布不规则等等。
[0009]基于以上对微小粒子捕获或运输方法的优缺点，本发明阐述了一种利用吸光介质膜产生热对流的微小粒子排布装置。热对流，即为液体中，较热的部分上升，较冷的部分下降，循环流动，互相搀和，使温度趋于均匀。对流是液体或气体中热传递的主要方式。
[0010]在本发明中，还涉及到光热转换。
[0011]近年来，光热转换的使用虽然逐渐引起广大科研人员的浓厚兴趣，但大多局限于太阳能的利用方面，光热转换在微纳光纤中的使用案例未见报道。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种能实现以光热转换的方法利用热对流原理实现微小粒子的排布一种微小粒子排布装置。本发明的目的还在于提供一种微小粒子排布装置的制造方法。
[0013]本发明的目的是这样实现的:
[0014]一种微小粒子排布装置，由锥状体光纤3、光纤锥区镀有的吸光介质膜2、光纤端面镀有的全反射膜1、水槽4、光隔离器7、光源8组成，锥状体光纤3前端具有锥形结构，锥区镀有吸光介质膜2，端面镀有全反射膜1，锥状体光纤3中传输的光经过锥区扩散至光纤表面被吸光介质膜2吸收转换为热量，加热水使之对流，带动沉于水槽4底部的微小粒子5规则排布，全反射膜I将剩余光反射，反射光传输到光隔离器7被隔离。
[0015]锥状体光纤3由单模光纤或者多模光纤中的一种经熔融拉锥制成。
[0016]锥状体光纤3端面的锥台结构是对称的圆锥台结构。
[0017]锥区表面所镀的吸光介质膜2是聚苯乙烯和金Au或Ag_Nd203复合介质薄膜，锥区端面镀有的全反射膜I是金属膜、全电介质反射膜或金属电解质反射膜中的一种。
[0018]微小粒子排布装置的制造方法，将锥状体光纤3经熔融拉锥后再切割，端面加工成锥台形状，在锥区镀吸光介质膜2，在端面镀全反射膜1，放入底面沉有微小粒子5的水中，在光纤中通光，即可制成微小粒子排布装置。
[0019]微小粒子5为直径5到1um左右的微小粒子，是生物细胞、纳米团簇、胶体颗粒、介质颗粒中的一种或几种。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021]本发明的光热转换，是在光纤内部进行的，并且利用光热转换产生的热量驱动整个微小粒子排布装置。本发明中的全反射膜使得光热转换的效率更高，热损失降低，并且不易出现损毁的情况。
【附图说明】
[0022]图1是经拉锥切割后的锥体状光纤示意图；
[0023]图2是对锥体状光纤镀膜后的示意图，并附有光纤锥区的截面图；
[0024]图3是微小粒子排布装置的粒子排布原理示意图；
[0025]图4为微小粒子排布装置整体示意图。
【具体实施方式】
[0026]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。
[0027]本发明可以通过如下的方式实现:
[0028]本发明的微小粒子排布装置包括一段经熔融拉锥后并镀膜形成的锥体状光纤，锥体状光纤尾纤与光源连接。所述锥体状光纤的端面呈锥台结构，在锥台的侧面镀有吸光介质膜，锥台端面镀全反射膜。在锥体状光纤的一端注光，光纤中传输的光经过锥区扩散至光纤表面被吸光介质吸收转换为热量，水受热对流，带动沉于底部的粒子规则排列。剩余的光被全反射膜反射回光纤内部以免影响液体环境。
[0029]本发明的利用光热转换的锥体状光纤可以包括这样一些特征:光纤可以是普通单模光纤或者多模光纤中的一种，经熔融拉锥到一定直径，然后沿直径切割形成锥台。光纤端面的锥台结构是对称的圆锥台结构。锥区表面所镀的吸光介质膜可以是聚苯乙烯(PS)和金(Au)、也可以是Ag-Nd203复合介质薄膜等。端