光纤操控微球及其浓度传感研究
发布时间：2022-01-01 03:59
光纤操控微粒技术可用于微纳加工工艺中微小颗粒的装配,也可用于生物、医药研究领域中微粒的分选、细胞分离以及微粒精确定位操作等。微流芯片应用中,微流浓度传感对其应用和发展具有十分重要的意义,本文提出了基于平端面单模光纤的单根操控探针,并结合光纤操控与微流芯片,实现了高集成度的光纤微流传感器。由于平端面的单模光纤的出射场是发散的,基于该结构,本文提出两种不同原理的操控方法:（1）在狭小的微流通道中利用斯托克斯阻力和光的散射力共同对单个聚苯乙烯微球进行操控,并研究微流的浓度传感特性;（2）结合负光泳力和散射力,对聚苯乙烯微球实现大规模操控,并研究了光功率以及微球尺寸对操控的影响。微粒在流体中运动会受到流体的阻力,微流通道中的阻力可以通过斯托克斯阻力公式描述为:6Fv（28）pηrv。通过控制微流的流速和光功率,使得微流对微球的斯托克斯阻力Fv与光纤出射激光对微球的散射力Fs达到平衡,即Fv=Fs。微流浓度增加,粘滞系数随之增大,光纤端面与被操控微球之间的距离变小。本文提出通过测量微球与...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状及发展态势
1.2.1 基于光镊的操控
1.2.2 基于倏逝场的光操控
1.2.3 基于光泳力的光操控
1.3 本文主要研究内容及各章节内容安排
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 平端面单模光纤操控微球的力学模型
2.1 光的辐射压
2.1.1 电磁理论解释
2.1.2 量子理论解释
2.2. 平端面单模光纤的出射场
2.2.1 高斯光束的基本性质
2.2.2 光纤端面的夫朗合费区域的辐射场
2.3 单模光纤发散场操控的力学模型
2.3.1 光阱理论
2.3.2 单模光纤操控力模型
2.4 本章小结
第三章 光微流操控及溶液浓度传感
3.1 实验方案设计与器材选取
3.1.1 实验装置的整体设计思路
3.1.2 微型通道的设计加工
3.1.3 光纤的精确放置
3.1.4 器件的选取
3.2 矩形微流通道的微流作用力及浓度传感机理
3.2.1 矩形微通道内的流速分布
3.2.2 矩形微流通道中悬浮粒子受力
3.3 基于光纤微流操控的溶液浓度传感
3.3.1 溶液的配置
3.3.2 微流泵流速和微进样器规格的选取
3.4 溶液浓度的测量
3.5 本章小结
第四章 双波长批量操控微球
4.1 双波长操控聚苯乙烯微球实验方案设计
4.1.1 操控光的选择
4.1.2 操控探针的选择
4.2 双波长操控的影响因素
4.2.1 光功率对操控的影响
4.2.2 微球尺寸对操控的影响
4.3 双波长操控分离尺寸不同的聚苯乙烯微球
4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于精子分离的微流控芯片[J]. 于苗,郑晓旭,唐海英,谢汉笛,刘波,覃开蓉. 水动力学研究与进展A辑. 2015(06)
[2]波导式吸收腔的有效光程率研究[J]. 周佳琦,石艺尉. 光学学报. 2011(02)
[3]Study of the characteristics of concentration sensing based on FBG Fabry-Perot cavity[J]. 吴飞,朱国芳,陈曦. Optoelectronics Letters. 2009(02)
[4]PDMS microchannel fabrication technique based on microwire-molding[J]. JIA YueFei1,2,JIANG JiaHuan1,MA XiaoDong1,LI Yuan1,HUANG HeMing1,CAI KunBao2,CAI ShaoXi1 & WU YunPeng1 1 Bioengineering College,Chongqing University,Chongqing 400044,China;2 Communication Engineering College,Chongqing University,Chongqing 400044,China. Chinese Science Bulletin. 2008(24)
[5]盐害生理与植物抗盐性[J]. 曾洪学,王俊. 生物学通报. 2005(09)
[6]子宫内膜腺上皮及基质细胞分离、培养作为子宫内膜异位症体外细胞模型的探索[J]. 谭先杰,刘东远,郎景和,沈铿,冷金花,孙大为,朱兰,刘珠凤,许秀英. 现代妇产科进展. 2002(01)
[7]利用红外光谱吸收原理的CO浓度测量装置研究[J]. 施德恒,刘新建,许启富. 光学技术. 2001(01)
硕士论文
[1]PDMS微流控芯片的制备工艺研究[D]. 夏飞.南京理工大学 2010
本文编号：3561608
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状及发展态势
1.2.1 基于光镊的操控
1.2.2 基于倏逝场的光操控
1.2.3 基于光泳力的光操控
1.3 本文主要研究内容及各章节内容安排
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 平端面单模光纤操控微球的力学模型
2.1 光的辐射压
2.1.1 电磁理论解释
2.1.2 量子理论解释
2.2. 平端面单模光纤的出射场
2.2.1 高斯光束的基本性质
2.2.2 光纤端面的夫朗合费区域的辐射场
2.3 单模光纤发散场操控的力学模型
2.3.1 光阱理论
2.3.2 单模光纤操控力模型
2.4 本章小结
第三章 光微流操控及溶液浓度传感
3.1 实验方案设计与器材选取
3.1.1 实验装置的整体设计思路
3.1.2 微型通道的设计加工
3.1.3 光纤的精确放置
3.1.4 器件的选取
3.2 矩形微流通道的微流作用力及浓度传感机理
3.2.1 矩形微通道内的流速分布
3.2.2 矩形微流通道中悬浮粒子受力
3.3 基于光纤微流操控的溶液浓度传感
3.3.1 溶液的配置
3.3.2 微流泵流速和微进样器规格的选取
3.4 溶液浓度的测量
3.5 本章小结
第四章 双波长批量操控微球
4.1 双波长操控聚苯乙烯微球实验方案设计
4.1.1 操控光的选择
4.1.2 操控探针的选择
4.2 双波长操控的影响因素
4.2.1 光功率对操控的影响
4.2.2 微球尺寸对操控的影响
4.3 双波长操控分离尺寸不同的聚苯乙烯微球
4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于精子分离的微流控芯片[J]. 于苗,郑晓旭,唐海英,谢汉笛,刘波,覃开蓉. 水动力学研究与进展A辑. 2015(06)
[2]波导式吸收腔的有效光程率研究[J]. 周佳琦,石艺尉. 光学学报. 2011(02)
[3]Study of the characteristics of concentration sensing based on FBG Fabry-Perot cavity[J]. 吴飞,朱国芳,陈曦. Optoelectronics Letters. 2009(02)
[4]PDMS microchannel fabrication technique based on microwire-molding[J]. JIA YueFei1,2,JIANG JiaHuan1,MA XiaoDong1,LI Yuan1,HUANG HeMing1,CAI KunBao2,CAI ShaoXi1 & WU YunPeng1 1 Bioengineering College,Chongqing University,Chongqing 400044,China;2 Communication Engineering College,Chongqing University,Chongqing 400044,China. Chinese Science Bulletin. 2008(24)
[5]盐害生理与植物抗盐性[J]. 曾洪学,王俊. 生物学通报. 2005(09)
[6]子宫内膜腺上皮及基质细胞分离、培养作为子宫内膜异位症体外细胞模型的探索[J]. 谭先杰,刘东远,郎景和,沈铿,冷金花,孙大为,朱兰,刘珠凤,许秀英. 现代妇产科进展. 2002(01)
[7]利用红外光谱吸收原理的CO浓度测量装置研究[J]. 施德恒,刘新建,许启富. 光学技术. 2001(01)
硕士论文
[1]PDMS微流控芯片的制备工艺研究[D]. 夏飞.南京理工大学 2010
本文编号：3561608
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