一种温度可控的纤维集成微量反应腔制造技术

本发明专利技术提供的是一种温度可控的纤维集成微量反应腔。其特征是：它由多芯带孔光纤，宽谱光源，液体吸收波段光源，光谱仪，注射泵，环形器，单模光纤和盛有吸收匹配液的水槽组成。带孔光纤所具备的空气孔可作为微流通道，使用光热效应给孔内的微流体加热，通过光纤光栅反馈微流体温度，控制输出激光的功率，从而控制孔内微流体的温度。本发明专利技术可用作微量液体反应腔，具有结构简单，温控准确，操作灵活等优点，尤其适用于对温度敏感的生物化学反应。

【技术实现步骤摘要】
一种温度可控的纤维集成微量反应腔(一)
本专利技术涉及的是一种温度可控的纤维集成微量反应腔，属于微流控制
(二)
技术介绍
微流控制系统是指利用精密加工技术将微通道、微泵、微阀、微反应器、微传感器、微检测器等各种功能单元集成在一块微小的芯片上，通过控制微量液体在其中的流动，来完成生物和化学领域所涉及的样品制备、混合、反应、分离、检测、生化分析等功能的微分析系统。微流控系统具有极快的分析速度，极少的试剂消耗，体积集成化，功能集成化，操作简单，价格便宜等众多的独特性能。可广泛应用于生物医学，分析化学，药物筛选，环境监测等领域。相对于宏观上的反应来说，微反应器至少具备以下的几个优点：(1)在微米量级的微反应器中，微量液体的溶质所需的扩散距离短，传质更快，混合迅速而且均匀。(2)由于微反应器的尺度只有微米量级，这为反应器带来了很大的比表面积。这使得反应器具备了超大的换热面积，使得微反应器的热传导系数与常规的反应器相比高出一个量级，相对来说，其对反应温度和反应时间的控制更加容易和准确。(3)微反应器的整体体积小，在微反应器中可以进行反应所需的试剂量小。对于许多需要使用有毒有害的试剂来说，其提供了一个更加绿色环保的途径；对于许多需要昂贵试剂的反应来说，其更是减少了试剂的浪费和节约了成本。传统的微量反应器大多是基于光刻、蚀刻和机械微加工的方法，在硅片，石英，PMMA(聚甲基丙稀酸甲酯)和PDMS(聚二甲基硅氧烷)等材料上制备。这些制备方法所使用的设备昂贵，工艺繁杂，带来的不仅仅是成本上的增加，也难以实现高成品率的批量生产。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种温度可控，操作方便灵活的纤维集成微量反应腔。本专利技术的目的是这样实现的：一种温度可控的纤维集成微量反应腔。它由多芯带孔光纤1，宽谱光源2a，泵浦光源2b，光纤波分复用器8，光谱仪3，注射泵4，光纤环形器5，标准单模光纤6和盛有吸光匹配液的水槽7组成。所述系统中：(1)多芯带孔光纤1上制备有微孔1-5，为微量液体9的入口和出口；(2)宽谱光源2a和泵浦光源2b的输出光由标准单模光纤6引出，经过光纤波分复用器8后，一起注入带孔光纤1的多个纤芯；(3)注射泵4用于控制微量液体9在光纤微孔腔中的流入和流出；(4)悬挂芯内传输的泵浦光被腔内液体吸收，转化为内能，可通过控制输入功率的大小来调节腔内液体的反应温度；(5)包埋于环形包层中的纤芯上制备有Bragg光栅1-7，用于反应腔内的温度监控；(6)在光纤的尾端接有盛有吸光匹配液的水槽7，用于吸收透过光，消除端面反射。本专利技术采用多芯带孔光纤1，该光纤由中间的空气孔1-1、环形包层1-2、包埋于环形包层里的纤芯1-4和悬挂在空气孔中的悬挂芯1-3组成。可选地，所述悬挂芯1-3可以是一个，也可以是多个，还可以是环形的纤芯。所述多芯带孔光纤的空气孔作为微量液体的反应微腔，其腔壁上制备有两个或多个微孔1-5，用作微量液体的进出口通道。所述的泵浦光源2b的波段为腔内液体强吸收波段，所述的宽带光源2a为C+L波段的ASE光源。所述的入射光向多芯带孔光纤的耦合方式可以有两种：(1)将多芯带孔光纤的一端电弧塌缩后和标准单模光纤焊接，然后拉锥，使入射光耦合进各个纤芯；(2)将多芯带孔光纤的一端电弧塌缩后和标准单模光纤焊接，然后在焊点处加热，使用热扩散耦合的方式，让入射光在热扩散区域1-6耦合进各个纤芯中去。本专利技术可以实现微量物质的生物化学反应，相比较现存的微量反应器，具有以下明显的优点：(1)本专利技术将这些反应装置高度集成于一根光纤之内，具有高操作灵活性和易集成的特点，并且光纤制备工艺已经相当成熟，制备成本低廉，光纤的制作满足于一次可大量制备的要求，规格上具有很好的一致性。这将十分有利于微反应腔器件的批量生产。(2)本专利技术采用光热转换的加热方式，实现对微量反应试剂无接触式加热，并可以通过对输入光功率的大小来精确控制温度，从而控制整个生物化学反应的进程。(3)本专利技术采用Bragg光栅，该结构对温度有很好的灵敏度，因此可以高精度监控反应腔的反应温度，给予反馈，方便对整个生物化学反应的进程监控。综合以上所述，本专利技术适用于微量液体的混合反应，尤其适用于对反应温度要求苛刻的实验需求。(四)附图说明图1是实施例中所述的可采用的几种特种光纤的端面结构。图2是温度可控的纤维集成微量反应腔的系统结构示意图。图3是温度可控的纤维集成微量反应腔的原理示意图。图4是实施例2中所述的PCR流程图。(五)具体实施方式下面结合具体的附图和实施例来进一步阐述本专利技术，但是不应以此限制本专利技术的保护范围。实施例1：图1是可用于本专利技术的几种多芯带孔微结构光纤1，该光纤包含中间的空气孔1-1，环形的包层1-2，暴露在空气孔中的悬挂芯1-3和包埋于环形包层1-2中的纤芯1-4。其中空气孔1-1作为微量液体的反应腔；悬挂1-3芯用于传输腔内液体特征吸收波段的激光2-2，通过改变该波段激光能量的输入大小来控制反应腔里的反应温度；纤芯1-4上制备有Bragg光栅，用于反应腔内温度的监控和反馈。其中纤芯1-4可以是一个(如图1a)，也可以是多个(如图1b的1-3a和1-3b)，还可以是环形的纤芯(如图1c)。本实施例采取热扩散耦合的方式向多芯带孔光纤内输入光束。微量反应腔的制备方法为：(1)取一段多芯带孔光纤1，剥去涂覆层并切割制备平整的端面；(2)使用电弧加热，塌缩多芯带孔光纤1的两端，直至两端的空气孔1-1完全熔缩成实心；(3)将标准单模光纤6和多芯带孔光纤1塌缩端面上的悬挂芯1-3对芯焊接。(4)在焊点处采用热扩散耦合的方式，局部加热至1500℃，使得纤芯内的掺杂物质扩散，形成热扩散耦合区1-6，使得含有宽谱激光的输入光2-1耦合进包埋于包层中的纤芯1-4。(5)使用光纤光栅制备设备，在包埋在包层中的纤芯1-4上写入Bragg光栅1-7。(6)使用飞秒激光，在不破坏包埋于包层中的纤芯1-4的情况下，制备微流的进出口1-5。图2是温度可控的纤维集成微量反应腔的系统结构示意图，图3是微量反应腔的原理示意图。其中宽谱光源2a是用于温度敏感光栅1-8的信号源，泵浦光源2b的输出光是腔内反应液体9吸收的特征波段，其波长为λa(以水溶液为例，λa可以是1480nm)，用于反应腔的温度调制。两个光源2a、2b的光束2-1由标准单模光纤6引出，经过光纤波分复用器8和环形器5耦合输入多芯带孔光纤1。经由包埋于包层中的Bragg光纤光栅反射回来的光λb2-2经由环形器5，输出到光谱仪3中，根据λb的位置建立与温度的一一对应关系，从而达到对反应腔内温度监控反馈的功能。在多芯带孔光纤的另一端具备一个吸收匹配液的水槽7，用于吸收透过光，减少端面反射。注射泵4用于微量反应溶液9的注入和输出。实施例2：下面以DNA的聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度可控的纤维集成微量反应腔，其特征是：它由多芯带孔光纤，宽谱光源，泵浦光源，光纤波分复用器，光谱仪，注射泵，光纤环形器，标准单模光纤和盛有吸光匹配液的水槽组成。所述系统中：(1)多芯带孔光纤上制备有微孔，为微量液体的入口和出口；(2)宽谱光源和泵浦光源的输出光由标准单模光纤引出，经过光纤波分复用器后，一起注入带孔光纤的多个纤芯；(3)注射泵用于控制微量液体在光纤微孔腔中的流入和流出；(4)悬挂芯内传输的泵浦光被腔内液体吸收，转化为内能，可通过控制输入功率的大小来调节腔内液体的反应温度；(5)包埋于环形包层中的纤芯上制备有Bragg光栅，用于反应腔内的温度监控；(6)在光纤的尾端接有盛有吸光匹配液的水槽，用于吸收透过光，消除端面反射。/n

【技术特征摘要】
1.一种温度可控的纤维集成微量反应腔，其特征是：它由多芯带孔光纤，宽谱光源，泵浦光源，光纤波分复用器，光谱仪，注射泵，光纤环形器，标准单模光纤和盛有吸光匹配液的水槽组成。所述系统中：(1)多芯带孔光纤上制备有微孔，为微量液体的入口和出口；(2)宽谱光源和泵浦光源的输出光由标准单模光纤引出，经过光纤波分复用器后，一起注入带孔光纤的多个纤芯；(3)注射泵用于控制微量液体在光纤微孔腔中的流入和流出；(4)悬挂芯内传输的泵浦光被腔内液体吸收，转化为内能，可通过控制输入功率的大小来调节腔内液体的反应温度；(5)包埋于环形包层中的纤芯上制备有Bragg光栅，用于反应腔内的温度监控；(6)在光纤的尾端接有盛有吸光匹配液的水槽，用于吸收透过光，消除端面反射。


2.根据权利要求1所述的一种温度可控的纤维集成微量反应腔，其特征是：采用多芯带孔光纤，该光纤由中间的空气孔、环形包层、包埋于环形包层里的纤芯和悬挂在空气孔中...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，杨世泰，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45