基于閉環(huán)光纖微流操控的流速傳感特性研究.pdf

1、微流芯片廣泛應(yīng)用于藥物篩選、化學(xué)合成與分析以及生物細(xì)胞/大分子等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中，因其具有高通量的檢測能力而顯示出了廣泛的應(yīng)用前景。其中，在這些微流芯片的應(yīng)用中，對微流流速的控制起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)然，對于一些需要流速控制的微流芯片應(yīng)用，通過高精度注射泵的直接控制可以滿足需求。然而，考慮到直接使用注射泵的時間延遲和流速偏差問題以及微流通道高度集成的特點，在其它需要更加精確且實時的流速控制應(yīng)用場合中，一個具有高精度、實時以及便于集成的

2、流速監(jiān)測裝置是急需的。
　　為此，本課題使用了光纖微流操控技術(shù)，利用平端面單模光纖在微流環(huán)境中對聚苯乙烯微球進行操控，通過分別在開環(huán)操控模式下監(jiān)測微球的操控距離以及閉環(huán)模式下監(jiān)測激光器的輸出功率來檢測微流的流速。在開環(huán)操控模式下，激光器的輸出功率不變，微球的操控距離隨微流流速的變化而變化；而在閉環(huán)操控模式下，通過反饋控制穩(wěn)定微球的操控距離，即激光器輸出功率隨微流流速的變化而變化。
　　此外，為了實現(xiàn)滿足開環(huán)和閉環(huán)操控模式的工

3、作環(huán)境。在本課題中設(shè)計閉環(huán)光微流操控平臺，其中包含軟件和硬件的實現(xiàn)。硬件部分的實現(xiàn)主要是搭建滿足閉環(huán)光纖微流操控的閉環(huán)回路。軟件部分實現(xiàn)了閉環(huán)操控的整個控制流程，包括顯微鏡圖像的獲取，對圖像進行處理并識別出微球的位置以及反饋控制、界面交互和信息顯示等功能。
　　為了理解光纖微流操控原理以及流速傳感原理，本文對光力的作用機理以及在微流流速傳感中的應(yīng)用做了簡要的理論分析，證明了基于閉環(huán)光纖微流操控的流速傳感的可行性。在流速傳感實驗驗證

4、部分，分別在開環(huán)模式下和閉環(huán)模式下對該流速傳感方案的測量動態(tài)范圍、靈敏度、穩(wěn)定性和測量的可重復(fù)性等特性參數(shù)進行了檢測。在開環(huán)測量模式下，在操控距離為550 um時獲得了最低10 nl/min的流速測量下限；閉環(huán)操控模式中，在使用最大輸出功率為300 mW的980 nm泵浦激光器的條件下，閉環(huán)操控距離為15 um時獲得了最高100000 nl/min的流速測量上限。結(jié)合開環(huán)和閉環(huán)的操控模式，最終實現(xiàn)了近4個數(shù)量級的流速測量動態(tài)范圍，即測量