一种光声耦合驱动微粒装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光声耦合驱动微粒装置，包括脉冲激光器、反射镜、光束整形模块和光声转换片，所述光声转换片包括第一玻璃片、吸光片和第二玻璃片，所述激光器的激光光束通过反射镜入射光束整形模块形成结构光束，所述结构光束依次穿过第一玻璃片、吸光片和第二玻璃片形成声场。本发明专利技术结合了“光镊”技术以及“声镊”技术的优点，无需如“声镊”方法考虑光束整形模块的厚度对声波整形的影响，不会对细胞或者颗粒造成热损伤，可以轻松地实现特殊声场的动态调控。调控。调控。

【技术实现步骤摘要】
一种光声耦合驱动微粒装置


[0001]本专利技术涉及操控微粒的
，尤其涉及一种光声耦合驱动微粒装置。

技术介绍

[0002]光声耦合驱动微粒装置基于光声效应，其表现为材料吸收激光的电磁能量发热，从而产生热膨胀，激发出声波。声波的强度和频率与材料的热膨胀系数和尺寸有关。光声耦合在于光束和声波之间信息和能量的交换。我们开始考虑借助光声效应来构造特殊声场以进行非接触微纳操控。非接触微纳操控技术可以在避免对细胞及生物分子造成损伤的前提下精确地对微粒进行捕获、移动，在众多领域诸如物理学，化学，生物学以及药理学中都有着极其重要的应用。在非接触微纳操控技术中，“光镊”技术发展得最为成熟。这一项技术依赖于光束对微粒施加的光辐射压力。借此实现了对多种微粒的复杂操控，但“光镊”技术有着局限性。由于光力效应比较微弱，“光镊”所需的激光光束拥有较高的功率，被操控的细胞容易热致损伤。与“光镊”相比，“声镊”技术可以直接操控直径在五个数量级(10
‑7至10
‑2m)的范围内的粒子，并且生物相性更好。多种研究表明，“声镊”技术在长时间于细胞或生物组织上施加远大于“光镊”技术的力和力矩时，“声镊”技术仍然能够保证它们保有正常生物功能。但“声镊”技术目前还不能灵活地构造用于操控的特殊声场。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种光声耦合驱动微粒装置。
[0004]本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种光声耦合驱动微粒装置，包括脉冲激光器、反射镜、光束整形模块和光声转换片，所述光声转换片包括第一玻璃片、吸光片和第二玻璃片，所述激光器的激光光束通过反射镜入射光束整形模块形成结构光束，所述结构光束依次穿过第一玻璃片、吸光片和第二玻璃片形成声场。
[0005]更优的选择，所述光束整形模块包括凹透镜和遮光片，所述激光光束依次穿过凹透镜和遮光片形成结构光束，所述结构光束射入第一玻璃片。
[0006]更优的选择，所述遮光片设有螺旋状间隙。
[0007]更优的选择，所述遮光片设有多个八字型间隙，多个所述八字型间隙呈线性排列。
[0008]更优的选择，所述遮光片设有多个宽度的矩形间隙，多个所述矩形间隙依宽度从小到大排列。
[0009]更优的选择，所述吸光片包括多根多壁碳纳米管和聚二甲基硅氧烷吸光薄层，多根所述多壁碳纳米管分布于聚二甲基硅氧烷吸光薄层。
[0010]更优的选择，所述多壁碳纳米管的外径包括30
‑
100nm。
[0011]更优的选择，所述吸光片的厚度包括50
‑
100um。
[0012]更优的选择，所述第一玻璃片的厚度大于500um。
[0013]更优的选择，所述第二玻璃片的厚度包括50
‑
150um。
[0014]本专利技术相对现有技术具有以下优点及有益效果：
[0015]本专利技术通过脉冲激光器、反射镜、光束整形模块和光声转换片，结合了“光镊”技术以及“声镊”技术的优点，具有精确度高、操控粒径范围大、被操控颗粒不需要透明或者具有磁性，无需如“声镊”方法考虑光束整形模块的厚度对声波整形的影响，不会对细胞或者颗粒造成热损伤，可以轻松地实现特殊声场的动态调控。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的示意图；
[0017]图2是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的光束整形模块(第一种结构遮光片)示意图；
[0018]图3是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的第一种遮光片的结构光束示意图；
[0019]图4是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的第二种遮光片示意图；
[0020]图5是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的第三种遮光片示意图；
[0021]图6是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的光声转换片示意图；
[0022]图7是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的PDMS吸光片示意图；
[0023]图8是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的多壁碳纳米管示意图；
[0024]图9是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置产生的特殊声场的声压强度以及相位示意图；
[0025]图10是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置的对虾卵的汇聚操控的效果流程图；
[0026]图11是本专利技术一种光声耦合驱动微粒装置对聚苯乙烯微粒的旋转操控的效果流程图；
[0027]附图中各部件的标记：1
‑
激光器；2
‑
激光光束；3
‑
光束整形模块；31
‑
凹透镜；32
‑
遮光片；321
‑
螺旋状间隙；322
‑
八字型间隙；323
‑
矩形间隙；4
‑
结构光束；5
‑
光声转换片；51
‑
第一玻璃片；52
‑
PDMS吸光片；521
‑
多壁碳纳米管；522
‑
聚二甲基硅氧烷吸光薄层；53
‑
第二玻璃片；6
‑
反射镜。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术的专利技术目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0029]实施例1
[0030]如图1、2、3和6所示，一种光声耦合驱动微粒装置，包括脉冲激光器1、反射镜6、光束整形模块3和光声转换片5，光声转换片包括第一玻璃片51、吸光片52和第二玻璃片53，光束整形模块3包括凹透镜31和遮光片32，激光器1的激光光束2射向反射镜6，反射镜6的激光光束2依次穿过凹透镜31和遮光片32形成结构光束4，该结构光束4依次穿过第一玻璃片51、吸光片52和第二玻璃片53形成声场。通过更换遮光片改变特殊声场的类型、变化光束整形模块与光声转换片之间的距离可以改变特殊声场的频率，通过改变入射光束的功率改变特殊声场的强度。
[0031]激光器1为脉冲激光器1，用于产生激光光束2。反射镜6用于将激光光束2变换角度，入射到光束整形模块3中。光束整形模块3用于将激光光束2整形结构光束4。凹透镜31用
来调整光束直径使其可以完整地照入遮光片32。遮光片32采用不锈钢制成，遮光片32上设有螺旋状间隙321，让激光光束2穿过遮光片32的螺旋状间隙321形成螺旋状的结构光束4。光声转换片5为三明治结构，将结构光束4转换成的特殊的声场，该特殊的声场与结构光束4的结构相对应；第一玻璃片51为厚玻璃片，该厚玻璃的厚度为500um，提供了结构光束4的稳定作用；吸光片52为PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)吸光片52，为掺有大量的多壁碳纳米管的聚二甲基硅氧烷吸光薄层，多壁碳纳米管在聚二甲基硅氧烷吸光薄层内均匀分布，多壁碳纳米管作为一种多层管状纳米材料，外径在30
‑
100nm之间，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光声耦合驱动微粒装置，其特征在于，包括脉冲激光器、反射镜、光束整形模块和光声转换片，所述光声转换片包括第一玻璃片、吸光片和第二玻璃片，所述激光器的激光光束通过反射镜入射光束整形模块形成结构光束，所述结构光束依次穿过第一玻璃片、吸光片和第二玻璃片形成声场。2.根据权利要求1所述一种光声耦合驱动微粒装置，其特征在于，所述光束整形模块包括凹透镜和遮光片，所述激光光束依次穿过凹透镜和遮光片形成结构光束，所述结构光束射入第一玻璃片。3.根据权利要求2所述一种光声耦合驱动微粒装置，其特征在于，所述遮光片设有螺旋状间隙。4.根据权利要求2所述一种光声耦合驱动微粒装置，其特征在于，所述遮光片设有多个八字型间隙，多个所述八字型间隙呈线性排列。5.根据权利要求2所述一种光声耦合驱动微粒装置，其特征在于，所述遮光片设有多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张若钦，李锋，李志远，陈聪，金炜午，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：