本發(fā)明涉及一種光力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，具體是一種基于激光驅(qū)動(dòng)的片上實(shí)驗(yàn)室有軌運(yùn)輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
片上實(shí)驗(yàn)室又稱微型綜合分析系統(tǒng)，是在微型薄片上利用微納加工技術(shù)制作用于液體流動(dòng)的微小網(wǎng)絡(luò)通道，來實(shí)現(xiàn)微小生物或化學(xué)樣品的運(yùn)輸和檢測(cè)。由于其樣品微量化、分析檢測(cè)高速化等優(yōu)點(diǎn)，在生物化學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的片上實(shí)驗(yàn)室運(yùn)輸系統(tǒng)是基于微流控芯片，工作環(huán)境為溶液，即生物或者化學(xué)樣品的移動(dòng)和控制是通過微型液體流動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。通過在微型液體流動(dòng)系統(tǒng)中嵌入微型激光器，在激光焦點(diǎn)處形成光鉗來夾持樣品，可以進(jìn)一步提高運(yùn)輸系統(tǒng)的控制能力。
然而，對(duì)于不能置于溶液中樣品(會(huì)與溶液發(fā)生反應(yīng)或溶解)，基于微流控的運(yùn)輸系統(tǒng)則不再適用。所以，在空氣中工作的新型片上實(shí)驗(yàn)室運(yùn)輸系統(tǒng)的研制很有必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于激光驅(qū)動(dòng)的片上實(shí)驗(yàn)室有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，即利用微納光纖作為“導(dǎo)軌”，而放置在微納光纖上的微米金屬片作為“列車”，通過向微納光纖中通入激光即可驅(qū)動(dòng)微米金屬片在微納光纖上運(yùn)動(dòng)，從而在空氣中實(shí)現(xiàn)放置在微米金屬片上的樣品的運(yùn)輸。
本發(fā)明具體是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：整個(gè)片上實(shí)驗(yàn)室有軌運(yùn)輸系統(tǒng)在空氣中，用微納光纖連接各個(gè)微反應(yīng)室，形成運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。微米金屬片放置在微納光纖上，微米金屬片和微納光纖間的短程吸引力使得微米金屬片不會(huì)脫離微納光纖。樣品放置在微米金屬片上，通過向微納光纖中通入激光，可以驅(qū)動(dòng)微米金屬片從一個(gè)反應(yīng)室運(yùn)動(dòng)到另外一個(gè)反應(yīng)室，改變通入激光的方向，則微米金屬片的運(yùn)動(dòng)方向相反，從而實(shí)現(xiàn)將樣品運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)反應(yīng)室。
優(yōu)選的，所述的微納光纖是由單模光纖拉細(xì)制成，其形狀可以是均勻拉細(xì)的或者拉錐狀的，直徑為微米量級(jí)。
優(yōu)選的，所述的微米金屬片可以是六邊形，三角形，材料可以是金或銀，金和銀能夠通過化學(xué)方法合成出這種微米級(jí)的片子，而且金和銀穩(wěn)定性，抗氧化性，耐腐蝕性都比較優(yōu)越。
所述的激光光源，可以是寬譜光源，包括超連續(xù)激光；或者是單波長(zhǎng)脈沖激光光源，包括納秒脈沖激光、皮秒脈沖激光和飛秒脈沖激光。
微米金屬片光致移動(dòng)的原理簡(jiǎn)述如下：在微納光纖中通入激光后，微納光纖外部由于光纖直徑較小因而有較強(qiáng)的倏逝場(chǎng)，與置于微納光纖上的微米金片作用，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，其中驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生有三種方式：其一是光被金屬片散射和吸收從而產(chǎn)生光力；其二是金屬片吸收光產(chǎn)生熱，由于受熱不均勻，形成溫度梯度，產(chǎn)生光熱力；其三是當(dāng)激光功率(平均或者瞬時(shí)功率)很高時(shí)，金屬片會(huì)噴發(fā)電子或者原子，也能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)金屬片的尺寸和微納光纖直徑略小或者相當(dāng)時(shí)，這些驅(qū)動(dòng)力能夠推動(dòng)微米金片朝著光傳播的方向移動(dòng)。
本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明利用光力驅(qū)動(dòng)微納結(jié)構(gòu)，以微納光纖作為導(dǎo)軌，以微米金屬片作為運(yùn)載單元，提出基于激光驅(qū)動(dòng)的片上實(shí)驗(yàn)室有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，能在空氣中實(shí)現(xiàn)生物或化學(xué)樣品、微小固體顆?；蛭⑿∫旱蔚倪\(yùn)輸，大大拓展了片上實(shí)驗(yàn)室測(cè)試樣品的種類。系統(tǒng)簡(jiǎn)單緊湊，裝置制備的方法簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)便。此外，本發(fā)明提出的新型微納運(yùn)輸方式，不僅局限于應(yīng)用在本發(fā)明所提出的片上實(shí)驗(yàn)室中，也可應(yīng)用于光能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、光致機(jī)械位移系統(tǒng)中。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于激光驅(qū)動(dòng)的片上實(shí)驗(yàn)室有軌運(yùn)輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
各附圖標(biāo)記為：
1.微納光纖，2.微米金屬片，3.微反應(yīng)物，4.微反應(yīng)室，5.激光，6.襯底。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明用微納光纖1將各個(gè)微反應(yīng)室4連接，將微米金屬片2放置在微納光纖1上，樣品微反應(yīng)物3搭載在微米金屬片2上。向微納光纖1中通入激光5，即可驅(qū)動(dòng)搭載有樣品微反應(yīng)物3的微米金屬片2從一個(gè)反應(yīng)室4運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)反應(yīng)室4，通過改變激光5通入方向，可以改變微米金屬片2運(yùn)輸?shù)姆较?。下面結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。
用直徑約為5微米的拉細(xì)光纖連接各微反應(yīng)室，通過光纖探針將襯底上的六邊形微米金片挑到光纖上。微米金片邊長(zhǎng)約為6微米，厚度約為30納米，通過化學(xué)方法合成。向光纖中通入功率約為10毫瓦的超連續(xù)激光，可驅(qū)動(dòng)微米金片在光纖上的來回運(yùn)輸，運(yùn)輸速度最快達(dá)到30微米/秒。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施舉例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。