專利名稱：一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液體折射率的測(cè)量技術(shù)，更具體地說是涉及一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
折射率是液體在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中一項(xiàng)重要的計(jì)量參數(shù)，它是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)品產(chǎn)量的重要技術(shù)手段。對(duì)液體折射率的測(cè)量與控制在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品質(zhì)量、制藥、疾病診斷等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。折射率是表征光透明物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的基本物理量之一，在各種光透明物質(zhì)中，諸如密度、濃度、溫度、應(yīng)力等物理量的變化，均會(huì)引起折射率的相應(yīng)變化。因此，對(duì)折射率的測(cè)量方法研究具有重要的實(shí)際意義。目前微量液體折射率測(cè)量技術(shù)系統(tǒng)主要有法布里珀羅干涉測(cè)量法，光束偏轉(zhuǎn)法，條紋照相法，光纖波導(dǎo)效應(yīng)方 法，全息探測(cè)法以及后向散射干涉法。早在1982年Steven D. Woodruff用細(xì)胞流放置在法布里珀羅干涉計(jì)里，光以布魯斯特角入射到細(xì)胞流。經(jīng)過法布里珀羅干涉儀后，干涉信號(hào)由光電倍增管探測(cè)，然后由記錄儀記錄信號(hào)。這種方法因?yàn)樾枰獙⒋郎y(cè)液體置于法布里珀羅干涉儀里，并且需要嚴(yán)格的角度對(duì)準(zhǔn)，造成了裝置的調(diào)節(jié)操作困難且不便。為了提高探測(cè)靈敏度以及不受光入射角度等的嚴(yán)格限制，Steven D. Woodruff等用雙探測(cè)的方法來改進(jìn)，激光通過光學(xué)平板玻璃分成兩束光，均通過內(nèi)置細(xì)胞流的法布里珀羅干涉儀后分別由兩個(gè)光電器探測(cè)。但是這種方法需要兩個(gè)探測(cè)器，造成系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)龐大，成本增加。Janusz等采用渥拉斯頓棱鏡將波長633nm激光光源分成兩束光，光束通過樣品后由光電探測(cè)器探測(cè)，通過光束經(jīng)過樣品后的偏轉(zhuǎn)來計(jì)算樣品折射率。探測(cè)光的偏轉(zhuǎn)受到環(huán)境擾動(dòng)的影響比較大，造成結(jié)果的偏差。光纖波導(dǎo)效應(yīng)方法是利用光纖傳感法的光纖波導(dǎo)效應(yīng)來測(cè)液體折射率的。折射率的改變會(huì)引起螺旋形波導(dǎo)的彎曲損失，彎曲損失隨著彎曲的半徑或者說有效折射率差下降而增加。螺旋形的單模光纖波導(dǎo)在傳播方向波導(dǎo)的曲率半徑R減少，有效折射率差在傳播方向損耗會(huì)逐漸地增加，在某一點(diǎn)，光在螺旋形波導(dǎo)中損耗至零。傳感器原理就是基于由折射率差增加引起的損耗至零的這個(gè)點(diǎn)的移動(dòng)。光在螺旋形波導(dǎo)傳播的長度直接測(cè)量折射率差。這種方法需要光波導(dǎo)在液體中，對(duì)液體的限制比較大，只能對(duì)特定的液體。全息探測(cè)法是全息光學(xué)兀件產(chǎn)生參考和探測(cè)光束。光束像扇子一樣傳輸，在遠(yuǎn)場干涉產(chǎn)生等間隔的條紋，折射率的改變產(chǎn)生條紋的移動(dòng)。遠(yuǎn)場干涉的條件造成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)龐大。Bornhop小組發(fā)展了后向散射干涉測(cè)量法，激光照射一部分通道，用位置敏感傳感器或CXD探測(cè)條紋的移動(dòng)，但后向散射法雜散光干擾造成對(duì)干涉信號(hào)探測(cè)靈敏度的下降?？v上所述，如何獲得簡便高精度的小型化可便攜微量液體折射率測(cè)量系統(tǒng)是一大技術(shù)難點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)。[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，包括激光光源，采用He-Ne激光光源；望遠(yuǎn)鏡，設(shè)于激光光源的前方，所述望遠(yuǎn)鏡包括平行設(shè)置的第一凸透鏡以及第二凸透鏡，所述激光光源沿主光軸穿過第一凸透鏡以及第二凸透鏡；所述第一凸透鏡的后焦點(diǎn)以及第二凸透鏡的前焦點(diǎn)重合；第一光學(xué)平板玻璃，設(shè)于望遠(yuǎn)鏡的后方，第一光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面鍍膜為40%，第二個(gè)面鍍膜為100% ;穿過望遠(yuǎn)鏡的激光以45°角入射到第一光學(xué)平板玻璃，經(jīng)過第一光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面產(chǎn)生一路反射光，經(jīng)過第一光學(xué)平板玻璃的第二個(gè)面和第一
個(gè)面產(chǎn)生一路折射光；微流控芯片，包括盛放待測(cè)微量液體的微流體通道，所述反射光以及折射光經(jīng)第一光學(xué)平板玻璃后相互平行；所述反射光以及折射光中的任一路穿過微流體通道，另一路直接穿過微流控芯片；第二個(gè)光學(xué)平板玻璃，與所述第一光學(xué)平板玻璃相平行；第二光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面鍍膜為40 %，第二個(gè)面鍍膜為100 %;穿過微流控芯片的反射光進(jìn)入第二個(gè)光學(xué)平板玻璃，折射光由第二個(gè)光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面反射，兩光束通過第二個(gè)光學(xué)平板玻璃后會(huì)聚在一起并發(fā)生干涉，形成干涉光信號(hào)；CXD探測(cè)器，用于探測(cè)干涉光信號(hào)；其中，第一凸透鏡的焦距與第二凸透鏡的焦距之比和激光光源的光斑直徑與經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡的激光的光斑直徑之比相等；經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡的激光的光斑直徑小于微流體通道的寬度。所述微流體通道的寬度為250 μ m。所述第一光學(xué)平板玻璃以及第二個(gè)光學(xué)平板玻璃的厚度均為1_。所述微流體通道的高度在100 μ m以上。采用本實(shí)用新型的一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，在基于雙光束干涉技術(shù)中采用光學(xué)平板玻璃分光，采用兩個(gè)平行放置的光學(xué)平板玻璃，利用光學(xué)可逆原理，巧妙地把分別經(jīng)過微流體通道和直接經(jīng)過微流控芯片的兩束光會(huì)聚在一起，并且平行放置結(jié)構(gòu)，使得第二個(gè)光學(xué)平板玻璃補(bǔ)償了第一個(gè)光學(xué)平板玻璃的光程，這兩束光的光程差完全由微流體通道內(nèi)待測(cè)介質(zhì)不一樣造成的，提高了測(cè)量結(jié)果的精度。與背景技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果是I、利用透鏡組對(duì)光源的光斑縮小到小于微流體通道的尺寸，利用光學(xué)平板玻璃鍍膜反射率的控制得到兩束光強(qiáng)接近的準(zhǔn)直光，光斑達(dá)到幾百微米量級(jí)，并且兩束光相距也是幾百微米的距離。2、采用兩個(gè)光學(xué)平板玻璃組合，利用光學(xué)可逆原理，使得兩束光會(huì)聚在一起發(fā)生干涉，不再需要兩個(gè)探測(cè)器分別探測(cè)或者是遠(yuǎn)場干涉條件的限制。3、兩個(gè)光學(xué)平板玻璃的平行放置，裝置為“Z”結(jié)構(gòu)，第二個(gè)光學(xué)平板玻璃補(bǔ)償了第一個(gè)光學(xué)平板玻璃分成兩束光產(chǎn)生的光程差，使得參考光和樣品光的光程差完全由微流控芯片中經(jīng)過的介質(zhì)不同造成，提高了探測(cè)的靈敏度；4、本實(shí)用新型的微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，微流控芯片帶來分析成本的降低和分析過程產(chǎn)生的廢物對(duì)環(huán)境污染的減小，整個(gè)裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易于維護(hù)以及便攜等特點(diǎn)。

圖I是本實(shí)用新型的一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)的原理示意圖；圖2是圖I中的第一光學(xué)平板玻璃的分光示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。請(qǐng)參閱圖I所示的一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，包括激光光源11，采用He-Ne激光光源(He-Ne laser, Melles Griot, USA)；望遠(yuǎn)鏡，設(shè)于激光光源11的前方，望遠(yuǎn)鏡包括平行設(shè)置的第一凸透鏡12 (linosInc. ,Qioptiq)以及第二凸透鏡13 (linos Inc. , Qioptiq),激光光源11沿主光軸穿過第一凸透鏡12以及第二凸透鏡13 ;第一凸透鏡12的后焦點(diǎn)即圖I中第一凸透鏡12的左焦點(diǎn)以及第二凸透鏡13的前焦點(diǎn)即圖I中第二凸透鏡13的右焦點(diǎn)相重合；第一光學(xué)平板玻璃14 (Edmund Optics)，設(shè)于望遠(yuǎn)鏡的后方，第一光學(xué)平板玻璃14的第一個(gè)面141鍍膜為40%，第二個(gè)面142鍍膜為100% ;穿過望遠(yuǎn)鏡的激光以45°角入射到第一光學(xué)平板玻璃14，經(jīng)過第一光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面產(chǎn)生一路反射光21，經(jīng)過第一光學(xué)平板玻璃的第二個(gè)面和第一個(gè)面產(chǎn)生一路折射光22 ；微流控芯片15 (Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne),是通過微細(xì)加工技術(shù)將盛放待測(cè)微量液體的微流體通道、微泵、微閥、微儲(chǔ)液器、微電極、微檢測(cè)元件、窗口和連接器等功能元器件像集成電路一樣，使它們集成在芯片材料(基片)上的微全分析系統(tǒng)。微流控芯片15的面積約為幾平方厘米。用于制作本實(shí)用新型的微流控芯片的材料是聚二甲基硅氧烷簡稱PDMS，主要特征是容納流體的有效結(jié)構(gòu)如微流體通道為微米級(jí)尺度。與宏觀尺度的實(shí)驗(yàn)裝置相比，微流控芯片的微米級(jí)結(jié)構(gòu)顯著增大流體環(huán)境的面積/體積比例，微流控芯片使得分析設(shè)備體積減小等性能改善，帶來分析成本的降低和分析過程產(chǎn)生的廢物對(duì)環(huán)境污染的減小等優(yōu)點(diǎn)。微流體通道寬度為250 μ m,高度為100 μ m以上，這樣探測(cè)精度可以達(dá)到10-4R I U。反射光21以及折射光22經(jīng)第一光學(xué)平板玻璃14后相互平行；反射光21以及折射光22中的任一路穿過微流體通道，另一路直接穿過微流控芯片;第二個(gè)光學(xué)平板玻璃16 (Edmund Optics)，與第一光學(xué)平板玻璃14相平行；第二光學(xué)平板玻璃16的第一個(gè)面161鍍膜為40%，第二個(gè)面162鍍膜為100% ;穿過微流控芯片15的反射光21進(jìn)入第二個(gè)光學(xué)平板玻璃16經(jīng)第一個(gè)面161折射到第二個(gè)面162后反射回第一個(gè)面161再折射到大氣中，折射光22由第二個(gè)光學(xué)平板玻璃16的第一個(gè)面161反射，兩光束通過第二個(gè)光學(xué)平板玻璃后會(huì)聚在一起并發(fā)生干涉，形成干涉光信號(hào)；CCD探測(cè)器17(E2v Inc. ,Aviiva SM2 CL2014)，用于探測(cè)干涉光信號(hào)；CCD探測(cè)器17通過顯示器可以觀察干涉條紋的位置移動(dòng)測(cè)量計(jì)算光程差。其中，第一凸透鏡的焦距與第二凸透鏡的焦距之比和激光光源的光斑直徑與經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡的激光的光斑直徑之比相等；經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡的激光的光斑直徑小于微流體通道的寬度。再請(qǐng)參見圖2所示，其中第一光學(xué)平板玻璃14厚度h為1mm，光以45°角入射到第一光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面141，一部分反射，一部分入射到玻璃里，到達(dá)第二個(gè)面142反射回第一個(gè)面后部分出射到空氣中，則得到了兩束分開的平行光，這兩束光相距d為756 μ m，兩個(gè)面分別鍍膜為40%和100%，這兩束光的光強(qiáng)分別為入射光的11%和8%。如果采用光源光斑為Imm的He-Ne激光光源，經(jīng)過焦距為20mm的第一凸透鏡12以及焦距為4. 6mm的第二凸透鏡后，光源光斑為230 μ m。經(jīng)過第一個(gè)光學(xué)平板玻璃分光后，兩高斯光束垂直入射到附在玻璃基底18的微流控芯片15上，其中一束通過有液體的微流體通道，另一束光直接通過微流控芯片。兩光束通過微流控芯片后仍以45°角入射第二個(gè)同樣的光學(xué)平板玻璃即第二光學(xué)平板玻璃，這兩光束通過第二個(gè)光學(xué)平板玻璃后會(huì)聚在一起，發(fā)生干涉。在微流體通道平面上的光束光斑為230 μ m,小于微流體通道250 μ m的寬度。兩個(gè)玻璃平行平板是互相平行放置的，且厚度材質(zhì)等是完全一樣的，厚度均為1mm。所以通過兩光束的光程差只在微流控芯片上經(jīng)過不同介質(zhì)。兩光束經(jīng)過第一個(gè)光學(xué)平板玻璃后產(chǎn)生的光程差由第二個(gè)光學(xué)平板玻璃補(bǔ)償，這樣放置方法大大提高了探測(cè)靈敏度。 本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型的目的，而并非用作對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括 激光光源，采用He-Ne激光光源； 望遠(yuǎn)鏡，設(shè)于激光光源的前方，所述望遠(yuǎn)鏡包括平行設(shè)置的第一凸透鏡以及第二凸透鏡，所述激光光源沿主光軸穿過第一凸透鏡以及第二凸透鏡；所述第一凸透鏡的后焦點(diǎn)以及第二凸透鏡的前焦點(diǎn)重合； 第一光學(xué)平板玻璃，設(shè)于望遠(yuǎn)鏡的后方，第一光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面鍍膜為40%，第二個(gè)面鍍膜為100%;穿過望遠(yuǎn)鏡的激光以45°角入射到第一光學(xué)平板玻璃，經(jīng)過第一光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面產(chǎn)生一路反射光，經(jīng)過第一光學(xué)平板玻璃的第二個(gè)面和第一個(gè)面產(chǎn)生一路折射光； 微流控芯片，包括盛放待測(cè)微量液體的微流體通道，所述反射光以及折射光經(jīng)第一光學(xué)平板玻璃后相互平行；所述反射光以及折射光中的任一路穿過微流體通道，另一路直接穿過微流控芯片； 第二個(gè)光學(xué)平板玻璃，與所述第一光學(xué)平板玻璃相平行；第二光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面鍍膜為40%，第二個(gè)面鍍膜為100% ;穿過微流控芯片的反射光進(jìn)入第二個(gè)光學(xué)平板玻璃，折射光由第二個(gè)光學(xué)平板玻璃的第一個(gè)面反射，兩光束通過第二個(gè)光學(xué)平板玻璃后會(huì)聚在一起并發(fā)生干涉，形成干涉光信號(hào)； CCD探測(cè)器，用于探測(cè)干涉光信號(hào)； 其中，第一凸透鏡的焦距與第二凸透鏡的焦距之比和激光光源的光斑直徑與經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡的激光的光斑直徑之比相等；經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡的激光的光斑直徑小于微流體通道的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 所述微流體通道的寬度為250 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 所述第一光學(xué)平板玻璃以及第二個(gè)光學(xué)平板玻璃的厚度均為1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 所述微流體通道的高度在100 μ m以上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微量液體折射率的測(cè)量系統(tǒng)，包括激光光源、第一凸透鏡、第二凸透鏡、第一光學(xué)平板玻璃、微流控芯片、第二個(gè)光學(xué)平板玻璃以及CCD探測(cè)器，激光光源發(fā)出的準(zhǔn)直光穿過第一凸透鏡以及第二凸透鏡后產(chǎn)生光斑變小的光，以45°角入射到第一光學(xué)平板玻璃，產(chǎn)生一路反射光一路折射光，反射光以及折射光中的任一路穿過微流體通道，另一路直接穿過微流控芯片后進(jìn)入第二個(gè)光學(xué)平板玻璃，通過第二個(gè)光學(xué)平板玻璃后會(huì)聚在一起并發(fā)生干涉形成干涉光信號(hào)，CCD探測(cè)器探測(cè)干涉光信號(hào)。本實(shí)用新型的微流控芯片帶來分析成本的降低和分析過程產(chǎn)生的廢物對(duì)環(huán)境污染的減小。整個(gè)裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易于維護(hù)以及便攜等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/45GK202599830SQ201220168948
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者陳明惠, 宋成利, 王成, 崔海波, 徐兆紅, 黃娟 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)