專利名稱：制造、俘獲和控制液體中氣泡的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學俘獲，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：
俘獲和控制微粒在納米技術和顯微技術以及在醫(yī)學和生物學應用中具有十分重 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 移動微?？尚行缘睦C。從此之后，光鑷的設計不斷被改進。很多光鑷的改進被發(fā)展，且很 多應用被提出并研究。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行單束 光梯度力生物微粒俘獲的方法和設備。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設計。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 的方法和設備”、專利權人為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。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。有多項專利涉及到光鑷的應用。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，基于對粒子的光學俘 獲和移動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”、專利權人為(ihislain 等(1995年8月四日)的美國專利描述了一種由光學透明筒進行探測的掃描力顯微鏡，所 述光學透明筒在其軸上具有至少一個尖端，并通過光阱來定位與導向。專利號為7，315，374，名稱為“實時監(jiān)控光俘獲碳納米管”，專利權人為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。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、生物學和醫(yī)學上有著 許多非常重要的應用。參考文獻[Laser—induced hybrid trap for micro—bubbles" ,Appl. Phys. B 71, 801-805,2000]報道了觀察使用連續(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)有技術中已知的另一種光俘獲方法是基于在液體中進行光學擊穿。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?？?化氣泡的崩潰時間t。(氣泡最大和最小時的時間間隔)可通過羅利公式來計算
權利要求
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裝置；用超過聚焦帶處液體中的光學擊穿閾 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 聚焦光學裝置將所述脈沖激光聚焦至所述液體中的一點，從而使所述液體中的焦點的深度 位于物鏡的球差補償深度的附近。
3.根據(jù)權利要求書2所述的方法，其特征在于所述光學聚焦裝置的數(shù)值孔徑范圍為 0. 3-1. 65。
4.根據(jù)權利要求書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 沒聚焦光學裝置將所述脈沖激光聚焦。
5.根據(jù)權利要求書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至遠 端位置的波導。
6.根據(jù)權利要求書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)生重復頻率為 IOkHz-IOOMHz的的脈沖激光的激光源。
8.根據(jù)權利要求書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。
9.根據(jù)權利要求書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的步 驟包括相對于所述聚焦光學裝置改變脈沖激光光束的入射角。
11.根據(jù)權利要求書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。
12.根據(jù)權利要求書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裝置；用超過聚焦帶處液體中的光學擊穿閾值的能量、將脈沖激光輻射聚焦至所述液體中的聚焦帶。同時建議使用聚焦光學裝置將激光光束聚焦到其深度與所述聚焦光學裝置的球差補償深度接近的焦點。
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:彼克斯爾技術有限公司