專利名稱：制造、俘獲和控制液體中氣泡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)俘獲，尤其涉及一種制造、俘獲和控制液體中氣泡的方法。
背景技術(shù)：
俘獲和控制微粒在納米技術(shù)和顯微技術(shù)以及在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用中具有十分重 大的意義。俘獲和控制微粒通常包括使用光阱(光學(xué)或激光鑷子)，對液體中的微粒施加 光壓。盡管光鑷的力很小，但在某些情況下，對非接觸式俘獲和控制細(xì)胞及其他微粒是足夠 的。0JC M. [Acceleration and trapping of particles by radiation pressure"，Phys. Rev. Lett. 24(4)，156-159(1970)]中提供了使用光鑷非破壞性的俘獲和 移動(dòng)微粒可行性的例證。從此之后，光鑷的設(shè)計(jì)不斷被改進(jìn)。很多光鑷的改進(jìn)被發(fā)展，且很 多應(yīng)用被提出并研究。例如，專利號為4，893，886、名稱為“生物粒子的非破壞性俘獲陷阱及其使用方 法”、專利權(quán)人為Ashkin等(1990年1月16日)的美國專利描述了用紅外激光器進(jìn)行單束 光梯度力生物微粒俘獲的方法和設(shè)備。并提到幾種俘獲模式。另外一篇專利號為5，512，745、名稱為“光阱系統(tǒng)及其方法”、專利權(quán)人為Finer等 的美國專利(1996年4月30日)公開了一種激光鑷子的改進(jìn)設(shè)計(jì)。上述系統(tǒng)包括校正脫 靶位置的反饋循環(huán)，用來檢測微粒位置的基于散射光檢測的象限光電二極管探測器，以及 用來改變俘獲光束位置的聲光調(diào)制器或振鏡。另外一篇專利號為5，689，109、名稱為“控制、處理及觀察小顆粒、尤其是生物顆粒 的方法和設(shè)備”、專利權(quán)人為S1^tze (1997年11月18日)的美國專利公開了由兩種不同波 長的激光組成的激光鑷子的改進(jìn)。所述第一激光的聚焦輻射形成光阱，第二激光的聚焦輻 射用于控制微粒。專利號為5，953，166、名稱為“激光俘獲器”、專利權(quán)人為Siikano (1999年9月14
日)的美國專利公開了一種激光俘獲器，用于選擇俘獲如懸浮在介質(zhì)中的微生物的微粒組 中的微粒。有多項(xiàng)專利涉及到光鑷的應(yīng)用。專利號為6，943，062 B2,名稱為“使用光鑷去除污染物粒子”，專利權(quán)人為Chen等 (2005年9月13日)的美國專利公開了一種在不損傷表面的前提下，基于對粒子的光學(xué)俘 獲和移動(dòng)去除表面污染物粒子的方法。專利號為5，445，011、名稱為“使用光阱的掃描力顯微鏡”、專利權(quán)人為(ihislain 等(1995年8月四日)的美國專利描述了一種由光學(xué)透明筒進(jìn)行探測的掃描力顯微鏡，所 述光學(xué)透明筒在其軸上具有至少一個(gè)尖端，并通過光阱來定位與導(dǎo)向。專利號為7，315，374，名稱為“實(shí)時(shí)監(jiān)控光俘獲碳納米管”，專利權(quán)人為Tan等 (2008年1月1日)的美國專利以及專利號為7，316，982，名稱為“使用光阱控制碳納米管”， 專利權(quán)人為Chang(2008年1月8日)的美國專利描述了使用光鑷控制液體中的碳納米管的方法和改進(jìn)。已知光鑷的一些限制包括相對較低的俘獲力——激光平均功率為IOmW時(shí)的俘獲力通常是皮牛頓級別 (PN)，這在某些情況下不夠的；通過光鑷的激光輻射穿透俘獲的微粒，可能會(huì)對其造成損害；光鑷俘獲高于周圍液體的折射率的微粒，所以可能不能俘獲低折射率及不透明的 微粒。因此，需要研發(fā)新型陷阱，以便消除基于輻射壓的光鑷的缺陷，尤其是實(shí)現(xiàn)對低折 射率和不透明微粒的俘獲。例如，俘獲和控制液體中的氣泡在微技術(shù)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)上有著 許多非常重要的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[Laser—induced hybrid trap for micro—bubbles" ,Appl. Phys. B 71, 801-805,2000]報(bào)道了觀察使用連續(xù)波(CW)氬激光束穩(wěn)定俘獲乙醇液體中微氣泡。使用垂 直穿過介質(zhì)的高斯光束俘獲浮在液體表面的微氣泡。對該俘獲效應(yīng)的解釋包括光壓力的存 在和液體介質(zhì)對流引起的流體力?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的另一種光俘獲方法是基于在液體中進(jìn)行光學(xué)擊穿。眾所周知，由于非線性吸收和擊穿等離子體的形成，激光脈沖在液體中的聚焦使 在焦點(diǎn)區(qū)域的氣泡產(chǎn)生和排出。這些氣泡通常是不穩(wěn)定的、具有多次振蕩的空化氣泡?？?化氣泡的崩潰時(shí)間t。(氣泡最大和最小時(shí)的時(shí)間間隔)可通過羅利公式來計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種制造、俘獲和控制液體中的微氣泡的方法，其特征在于，所述方法包括提供用 于產(chǎn)生激光脈沖輻射的脈沖激光源和聚焦光學(xué)裝置；用超過聚焦帶處液體中的光學(xué)擊穿閾 值的能量、將脈沖激光輻射聚焦至所述液體中的聚焦帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于，所述將脈沖激光聚焦的步驟包括用干 聚焦光學(xué)裝置將所述脈沖激光聚焦至所述液體中的一點(diǎn)，從而使所述液體中的焦點(diǎn)的深度 位于物鏡的球差補(bǔ)償深度的附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的方法，其特征在于所述光學(xué)聚焦裝置的數(shù)值孔徑范圍為 0. 3-1. 65。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于所述將脈沖激光聚焦的步驟包括用浸 沒聚焦光學(xué)裝置將所述脈沖激光聚焦。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于還包括提供用于將激光光束引導(dǎo)至遠(yuǎn) 端位置的波導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于所述脈沖激光源包括適于產(chǎn)生寬度為 lOfs-lOps、波長為350nm-1500nm的激光脈沖的激光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于所述脈沖激光源包括產(chǎn)生重復(fù)頻率為 IOkHz-IOOMHz的的脈沖激光的激光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于還包括使所述聚焦帶在所述液體中移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求書8所述的方法，其特征在于，使所述聚焦帶在所述液體中移動(dòng)的步 驟包括提供裝有液體的容器和用于改變所述容器的位置的變位系統(tǒng)；改變所述容器相對 于脈沖激光光束的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求書8所述的方法，其特征在于使所述聚焦帶在所述液體中移動(dòng)的步 驟包括相對于所述聚焦光學(xué)裝置改變脈沖激光光束的入射角。
11.根據(jù)權(quán)利要求書8所述的方法，其特征在于還包括用控制器來控制聚焦帶在液體 中的移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于還包括調(diào)節(jié)脈沖激光光束的能量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造、俘獲和控制液體中氣體微泡的方法。該方法包括提供用于產(chǎn)生激光脈沖輻射的脈沖激光源和聚焦光學(xué)裝置；用超過聚焦帶處液體中的光學(xué)擊穿閾值的能量、將脈沖激光輻射聚焦至所述液體中的聚焦帶。同時(shí)建議使用聚焦光學(xué)裝置將激光光束聚焦到其深度與所述聚焦光學(xué)裝置的球差補(bǔ)償深度接近的焦點(diǎn)。
文檔編號G01N21/01GK102066903SQ200980120574
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者列夫·德沃爾金, 弗拉基米爾·德米特里耶夫, 謝爾蓋·澳斯姆柯夫 申請人:彼克斯?fàn)柤夹g(shù)有限公司