一种基于光致热效应的微液滴操控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光致热效应的微液滴操控方法，包括以下步骤：S1、将待测液体滴在载玻片上并放置在微操作平台上；S2、将连接有激光器的光纤探头利用微操作平台水平放置在待测液体内；S3、光纤探头在待测液体中形成光纤光场，并形成加热区域；S4、加热区域吸收能量出现大量蒸汽，热蒸汽流上升遇冷空气凝成微液滴，在伯努利效应的作用下微液滴被悬浮捕获；S5、移动光纤探头，加热区域发生改变，在伯努利效应的作用下实现微液滴的移动。本发明专利技术所述的一种光致热效应的微液滴操控方法，应用光致热效应和伯努利效应，在光纤光场的照射下，可以实现微液滴的悬浮捕获和操控，具有定点、可控的优势，还具有简单灵活、便于操作的特点。便于操作的特点。便于操作的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光致热效应的微液滴操控方法


[0001]本专利技术涉及液滴操控
，尤其是涉及一种基于光致热效应的微液滴操控方法。

技术介绍

[0002]灵活的操控液滴对于生物医学的研究以及化学工业的生产都有非常重要的意义。近些年来，液滴的操控不仅在微流通道中有许多发展，而且在自由空间中操控液滴也有显著的进步。其中有利用电、磁、声和光的各种方法来主动操控液滴的运动形式。随着光学的发展，光和微流体的结合产生了光流体学。将微液滴和光纤等光学方法结合，扩展了微液滴的操控的方法。
[0003]近几年中，应用光致热效应来操控液滴的方法取得了一定的成果。中国专利CN201811167396.3公开了一种光热定向操控液滴迁移聚合装置及其使用方法，提出了一种通过光来加热液体产生蒸气来推动液滴移动的装置，可以通过偏心加热的产生非对称蒸气实现液滴的移动。但是液滴在通道中移动，液滴的各自由度操控因此会受到限制。中国专利CN202110670202.7公开了一种光热操控液滴三维迁移装置及使用方法，提出了一种通过光来局部加热液体改变液滴受力来实现液滴的移动的装置，通过改变照射液滴的不同位置来改变液滴的运动情况。但是其操控的液滴和溶液是接触的，而且操控液滴的环境要求较高，对溶液的密度要求高，液滴在容器中需要涂覆膜。由于液滴是在溶液中进行激光照射，溶液对液滴的激光照射造成影响。
[0004]Sara Nagelberg等人(Physical review letters,2021,127(14):144503.)提出了一种利用热毛细作用来进行液滴驱动的机制，通过光照射液滴来改变温度梯度产生流体运动并带动液滴的移动。但是对液滴准确的控制都需要较为复杂的实验装置。Yilin Chen等人(Optics Letters,2020,45(7):1998
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2001.)研究了一个用光控制液滴大小和形状的微流控芯片，可以调节光功率来控制液滴。在微流芯片中的液滴会被限制在芯片中，液滴的操控范围就会被限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于光致热效应的微液滴操控方法，解决上述提到的技术问题。本专利技术基于光致热效应可以实现灵活的控制微液滴。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于光致热效应的微液滴操控方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将待测液体滴在载玻片上，将载玻片放置在微操作平台上；
[0008]S2、将连接有激光器的光纤探头利用微操作平台水平放置在待测液体内，利用微操作平台控制光纤探头在待测液体中的位置；
[0009]S3、打开激光器，光纤探头在待测液体中形成光纤光场，待测液体吸收光场能量并积攒热量，在待测液体中形成加热区域；
[0010]S4、加热区域吸收能量出现大量蒸汽，热蒸汽流上升遇冷空气凝成微液滴，当微液滴的重力和上升的热蒸汽流的升力平衡时，在伯努利效应的作用下微液滴被悬浮捕获；用CCD相机对微液滴成像并将结果在电脑上显示；
[0011]S5、通过微操作平台移动光纤探头，加热区域发生改变，新的加热区域一侧的热蒸汽流流速快，压强小，在伯努利效应的作用下实现微液滴的移动。
[0012]优选的，所述激光器输出光的波长为待测液体吸收系数较大的对应波长。
[0013]优选的，所述微液滴的数量、大小、液滴到待测液体的距离通过激光器的输出功率进行调整。
[0014]本专利技术所述的一种基于光致热效应的微液滴操控方法的优点和积极效果是：
[0015]1、本专利技术是一种通过光致热效应操控微液滴的方法，可以实现微液滴在待测液体表面悬浮和各自由度移动。
[0016]2、本专利技术具有较高的灵活性。光纤小巧灵活、方便操作，传输的光能够控制位置，并对某区域照射，因此用光纤来实现微液滴操控相对于其他方式更加灵活、方便。
[0017]3、本专利技术具有很强的适用性。对于不同实验的微液滴，改变激光器的波长来实现对微液滴的操控。
[0018]4、本专利技术具有较高的可行性。本专利技术相对于传统的微流芯片操控液滴的方法，不需要外接注射泵和阀，就可以更简单、灵活和可调节的对液滴进行操控。
[0019]5、本专利技术对样品污染小。微液滴操控是悬浮在液体表面，是非接触性的操控。
[0020]6、本专利技术方法简单，成本低。本专利技术所用的光纤探头是通过光纤简单加工或者不加工得来的。
[0021]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种基于光致热效应的微液滴操控方法实施例的模型结构示意图；
[0023]图2为本专利技术一种基于光致热效应的微液滴操控方法实施例的控制微液滴的装置结构示意图。
[0024]附图标记
[0025]1、待测液体；2、载玻片；3、光纤探头；4、加热区域；5、热蒸汽流；6、冷空气；7、微液滴；8、激光器；9、微操作平台；10、CCD相机；11、电脑。
具体实施方式
[0026]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0027]实施例
[0028]图1为本专利技术一种基于光致热效应的微液滴操控方法实施例的模型结构示意图，图2为本专利技术一种基于光致热效应的微液滴操控方法实施例的控制微液滴的装置结构示意图。如图所示，一种基于光致热效应的微液滴操控方法，待测液体1为蒸馏水，包括以下步骤：
[0029]S1、将待测液体1蒸馏水滴在载玻片2上，将载玻片2放置在微操作平台9上；微操作平台9可以根据需要选择现在的型号或结构。
[0030]S2、将连接有激光器8的光纤探头3利用微操作平台9水平放置在待测液体1蒸馏水内，利用微操作平台9控制光纤探头3在待测液体1中的位置。
[0031]S3、打开激光器8，光纤探头3在待测液体1蒸馏水中形成光纤光场，光纤探头3传输1480nm波长激光到待测液体1蒸馏水中，光纤探头3采用单模光纤制成，端面为平面。待测液体1蒸馏水吸收光场能量并积攒热量，由于光场区域热量无法传递或者传递速度较慢，光对蒸馏水进行区域加热，因此在待测液体1中形成加热区域4。
[0032]S4、加热区域4吸收能量出现大量蒸汽，热蒸汽流5在待测液体1蒸馏水上方上升遇冷空气6凝成多个大小不一的微液滴7，当微液滴7的重力和上升的热蒸汽流5的升力平衡时，在伯努利效应的作用下微液滴7被悬浮捕获；用CCD相机10对微液滴7成像并将结果在电脑11上显示。
[0033]S5、通过微操作平台9移动光纤探头3，加热区域4发生改变，新的加热区域4一侧的热蒸汽流5流速快，压强小，在伯努利效应的作用下实现微液滴7的移动。
[0034]操控微操作平台9向右移动光纤探头3，加热区域4相应的向右移动，新的加热区域4的待测液体1蒸馏水吸收光能量并进行热量积攒，在表面形成水蒸气和热蒸汽流5；微液滴7右侧的热蒸汽流5的流速比其他方向冷空气6流速慢，导致压强小，在伯努利效应的作用下，微液滴7向右移动。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光致热效应的微液滴操控方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将待测液体滴在载玻片上，将载玻片放置在微操作平台上；S2、将连接有激光器的光纤探头利用微操作平台水平放置在待测液体内，利用微操作平台控制光纤探头在待测液体中的位置；S3、打开激光器，光纤探头在待测液体中形成光纤光场，待测液体吸收光场能量并积攒热量，在待测液体中形成加热区域；S4、加热区域吸收能量出现大量蒸汽，热蒸汽流上升遇冷空气凝成微液滴，当微液滴的重力和上升的热蒸汽流的升力平衡时，在伯努利效应的作用下微...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓云，张郑，黄智亮，于津健，张亚勋，刘志海，张羽，郭春雨，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：