【技术实现步骤摘要】
(一)本专利技术提供的是一种基于光热波导的粒子操纵器，主要涉及激光光刻，热泳效应与流体动力学领域，更具体地，用激光进行需要的光热波导刻写后，通过激光与光热波导的相互作用在光热波导附近实现对微纳粒子捕获与操纵。
技术介绍
0、(二)
技术介绍
1、低损伤、非接触操作技术具有里程碑式的意义，已广泛应用于生物医学、微装配、化学研究等各个领域。自20世纪70年代ashikn首次演示光学力操纵粒子以来，其低损伤和非接触操纵的特性引起了许多领域研究人员的广泛关注。在低损伤、非接触式操纵技术的实现过程中，光学手段起着至关重要的作用。光学手段主要包括使用激光束形成的光学势阱、光场控制等。通过对光学手段的优化和创新(例如将光能转换为热能再操纵粒子)，可以实现更广泛、更准确、更稳定的低损伤、非接触式操纵。此后，类似的技术有很多，包括磁镊、冷镊、声流体和微流体操纵。
2、其中定向自组装，特别是在中尺度的材料自组装，由于它在创建选择的结构中提供的控制程度，在科学界引起了极大的兴趣。因此，它促进了高度跨学科性质的各种研究，应用范围从纳米技术扩展到微型电子学。近年来，这种特殊材料的光热效应特别吸引了大量的关注，同时由于工艺的简单性和灵活性，其低成本等而获得了相当大的突出地位。
3、随着上述技术在不断发展的过程中，微流控技术也得到了一个质的飞跃，由于该技术是借助于微流直接操纵目标物体，因此对目标物体的损伤基本忽略不计。也不同于磁镊，该技术无需磁性颗粒，可以作用于任何微小的颗粒，无需考虑其物理性质。相比于声镊，不会受到外来的干
4、光子和材料可以通过吸收、散射、反射和折射的相互作用来实现动量传输。在光子与材料之间相互作用的大多数情况下，光子与分子之间的能量传递通过吸收实现，并且能量以热梯度的形式释放到流体中以产生热对流场。通过使用由热梯度产生的热对流场来操纵粒子的技术也被称为热光镊。应该注意的是，作为低损伤非接触操作，热光镊不仅具有大的可控范围，而且对操纵对象的特性不敏感，并且没有光热退化。2020年，tatsuya shoji等人(scientific reports,2020,10(1):3349)首次实现了将dna永久固定在等离子体基底上，实现了尺寸依赖性的分离和固定。这种固定是通过等离子体增强的光学力和热泳效应引发的热泳力的结合实现的。该技术为dna的分离和固定提供了新的途径，为蛋白质和其他生物分子的光学分离和固定开辟了新的可能性2021年，jingang li等人(scienceadvances,2021,7(26):1101)提出了一种新型镊子“光致冷镊子”，采用掺镱的氟化钇锂(yb:ylf)晶体和1020nm激光器实现液体介质中的局部激光冷却，基于热泳效应可以将粒子和分子稳定捕获在激光产生的冷区处，有效的避免了光损伤和光侵入性，解决了颗粒由于正soret系数不能被稳定捕获的难题。2022年，joby等人(scientific reports,2022,12(1):3657)通过利用785nm低强度激光照射氧化石墨烯，可以利用这种材料独特的光热性能形成强温度梯度，从而实现大规模的微纳组装与聚集，进而形成385nm的二氧化硅微珠组装体，而且这种聚集过程能够快速且可逆，是由光学驱动的热泳力所致。该方法具有广泛的应用前景，可用于研究非平衡物质组装、表面增强拉曼散射等方面，还可用于捕获大肠杆菌和光烧蚀大肠杆菌的研究中。
5、本专利技术提出的基于光热波导的粒子操纵器创新性的提出了光刻材料刻写与光热流控制，利用这种基于光热效应引发的热泳效应与热对流效应可以实现对粒子的灵活精准地捕获和操纵粒子，具有操纵精度高、俘获范围大、对操纵物质性质无要求、损伤小等优点，可用于纳米技术、药物传输、生物医学等多个领域。
技术实现思路
0、(三)
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于光热波导的粒子操纵器。通过光刻光热波导，光与光热波导之间的光热效应产生热泳和热对流，影响周围流场变化，可以实现对微纳粒子的非接触捕获。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、基于光热波导进行粒子操纵外部设备是由微米级三维激光直写设备组成。由激光器(201)、空间光调制器(202)、反射镜(203)、半透半反镜(204)、成像透镜(205)、ccd(206)、物镜(207)、置于三维位移台上的样品室(208)、led照明灯(209)、激光刻写光热波导图案化(210)、粒子捕获图(211)组成。
4、对于本操纵系统主要就是将激光(1)聚焦到含有光热波导的样品室底面(4)，给样品室(3)中加入微纳粒子溶液(4)，当操纵激光(8)与光热波导(5)相互作用之后，在光热波导(5)附近会产生粒子捕获势阱，微纳粒子(6)会被捕获在势阱中，当改变激光位置(7)时，粒子随之变化，达到非接触操纵效果。
5、其特征在于，所述的操纵激光(8)是单束激光，双激光组合或者多束激光。其特征在于，所述的操纵激光(8)是高斯光、贝塞尔光、艾里光、环形光或者其他特殊光束。其特征在于，所述的光刻材料(2)是自由基光引发剂、阳离子性光引发剂、金属氧酸盐和其他相关光刻写材料。其特征在于，所述的微纳粒子(6)是介质粒子、金属粒子、生物粒子或者其他任意材质粒子。其特征在于，所述的微纳粒子(6)是球形粒子、方形粒子、角形粒子或者其他任意形状粒子。其特征在于，所述的光热波导(7)是点状光热波导阵列、条型光热波导阵列、点状和条型组合光热波导阵列或者其他图案化光热波导阵列。
6、下面详细阐述一下该专利技术装置中的光热波导对微纳粒子操纵的原理。
7、光热波导周围的液体会因为光与光热波导作用产生热源，形成的温度梯度引发热泳力与热对流力的出现，二力平衡以实现粒子的捕获。
8、在本研究中，自组装状态的光热波导与激光的作用表现为选择性吸收作用，吸收的光功率可由以下公式进行描述：
9、pa＝nσabsi (1)
10、其中，n是照射下的粒子数，i是入射激光的光强，σabs是吸收截面系数，它是一个面积量纲的物理量，是指在特定条件下，粒子(或粒子系统)与物质相互作用并被物质完全吸收的概率。根据焦耳效应，吸收的光功率会转化为热量。
11、当激光照射到光热波导结构上时，激光入射到光热波导上时，光能被吸收并转换成光强i的分布：
12、
13、其中w(z)是光束半径，r本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的基于光热波导的粒子操纵器主要包括：激光模块(1)、样品室(3)、粒子溶液(4)和光热波导(5)；通过激光模块(1)进行光刻，将光刻材料(2)转换成样品室(3)中的光热波导(5)，该光热波导(5)具有光热转换和控制能力，当给样品室(3)中加入微纳粒子溶液(4)后，可通过操纵激光(8)诱导局部温度梯度，产生光热波导(5)周围的热泳和热对流，二者对微纳粒子(6)的作用力方向相反，进而形成的捕获势阱(9)，在势阱平衡位置实现对微纳粒子(6)捕获；进行微纳粒子操纵时，是将操纵激光(8)照射到光热波导(5)上，当操纵激光(8)与光热波导(5)相互作用成功捕获微纳粒子(6)之后，可以通过改变激光位置(7)，达到非接触的精准微纳粒子(6)操纵效果。
2.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的光热波导(5)的制备如下：首先取光刻材料，加入纯水搅拌，震荡后得到溶液；将之前制备好的溶液滴入样品室中，接着通入聚焦激光对样品室的底部，在激光的作用下光刻材料会在激光作用下进行自组装，通过移动激光来的到需要的光热波导结构
3.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的操纵激光(8)是单束激光、双束激光或者多束激光。
4.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的操纵激光(8)是高斯光、贝塞尔光、艾里光、环形光或者其他特殊光束。
5.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的光刻材料(2)是自由基光引发剂、阳离子性光引发剂、金属氧酸盐和其他光刻写材料。
6.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的微纳粒子(6)是介质粒子、金属粒子、生物粒子或者其他任意材质粒子。
7.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的微纳粒子(6)是球形粒子、方形粒子、角形粒子或者其他任意形状粒子。
8.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的光热波导(7)是点状光热波导阵列、条型光热波导阵列、点状和条型组合光热波导阵列或者其他图案化光热波导阵列。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的基于光热波导的粒子操纵器主要包括：激光模块(1)、样品室(3)、粒子溶液(4)和光热波导(5)；通过激光模块(1)进行光刻，将光刻材料(2)转换成样品室(3)中的光热波导(5)，该光热波导(5)具有光热转换和控制能力，当给样品室(3)中加入微纳粒子溶液(4)后，可通过操纵激光(8)诱导局部温度梯度，产生光热波导(5)周围的热泳和热对流，二者对微纳粒子(6)的作用力方向相反，进而形成的捕获势阱(9)，在势阱平衡位置实现对微纳粒子(6)捕获；进行微纳粒子操纵时，是将操纵激光(8)照射到光热波导(5)上，当操纵激光(8)与光热波导(5)相互作用成功捕获微纳粒子(6)之后，可以通过改变激光位置(7)，达到非接触的精准微纳粒子(6)操纵效果。
2.根据权利要求1所述的基于光热波导的粒子操纵器，其特征在于，所述的光热波导(5)的制备如下：首先取光刻材料，加入纯水搅拌，震荡后得到溶液；将之前制备好的溶液滴入样品室中，接着通入聚焦激光对样品室的底部，在激光的作用下光刻材料会在激光作用下进行自组装，通过移动激光来的到需要的光热波导...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓洪昌，魏剑，李福旺，覃小梅，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。