CN104792744A - 太赫兹波聚焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太赫兹波聚焦装置，辅助检测微流控芯片微通道中的微量液体的成分，包括：光源部，用于将普通太赫兹波引入本聚焦装置；聚焦部，包含：聚焦透镜及第一金属丝；待测部，包含：微流控芯片；复原部，包含：用于复原太赫兹波的复原透镜及第二金属丝；以及收集部，用于收集被复原的太赫兹波，其中，第一金属丝上具有至少两个亚波长尺寸的第一环形槽，至少两个第一环形槽之间的间距沿太赫兹波的传播方向递减，第二金属丝具有与第一环形槽的数量相对应的亚波长尺寸的第二环形槽，至少两个第二环形槽之间的间距沿太赫兹波的传播方向递增。本发明的太赫兹波聚焦装置实现对微流控芯片上的指定单个微通道中微量液体进行辅助检测。

Description

太赫兹波聚焦装置

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种用于检测微通道中的微量液体的太赫兹波聚焦装置。

背景技术

太赫兹波是频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，因为太赫兹波具有能量低且不易被吸收等特性，由于THz射线的穿透性和对金属材料的强反射特性，并且THz的高频率使得成像的分辨率更高，所以，可以很容易看到隐藏的物品，另外，结合THz的物质鉴别特性，利用太赫兹波检测物质能够得到关于物质的非常丰富的物理和化学信息，所以利用太赫兹波对物质进行检测具有广阔的应用前景。

现有技术中，针对一些含水的物质为了快速检测、节约样品使用量，通常采用微流控芯片技术，因为微流控芯片能够实现从样品制备、生物和化学反应、分离与检测等基本操作一体化完成。但是，现有自然产生的普通太赫兹波的束腰太粗，一般束腰半径为毫米级的，而微流控芯片中的微通道的宽度和深度一般都是微米级，如果采用普通太赫兹波进行检测，则会覆盖所有的通道，无法实现只覆盖一条指定通道，从而限制太赫兹波在检测微流控芯片上的应用。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种用于检测微通道中微量液体的太赫兹波聚焦装置。

本发明提供了一种太赫兹波聚焦装置，利用普通的太赫兹波来辅助检测微通道中的微量液体，其特征在于，包括：光源部，用于引入太赫兹波；聚焦部，设在太赫兹波的光路上，包含：用于对太赫兹波进行聚焦的聚焦透镜、及穿过聚焦透镜的中心的第一金属丝；待测部，包含：设有至少一个被聚焦后的太赫兹波穿过的微通道的微流控芯片；复原部，用于对穿过微流控芯片后的太赫兹波进行复原，包含：中心与聚焦透镜的中心相对应用于复原太赫兹波的复原透镜、及穿过复原透镜的中心的第二金属丝；以及检测部，用于检测被复原的太赫兹波，其中，第一金属丝上具有至少两个亚波长尺度结构的第一环形槽，至少两个第一环形槽之间的间距沿太赫兹波的传播方向递减，第二金属丝具有与第一环形槽的数量相对应的亚波长尺度结构的第二环形槽，至少两个第二环形槽之间的间距沿太赫兹波的传播方向递增，太赫兹波经过聚焦透镜和第一金属丝聚焦被聚焦后，穿过微流控芯片，然后太赫兹波被第二金属丝和复原透镜复原，检测部对复原后的太赫兹波进行检测。

在本发明提供的太赫兹波聚焦装置中，也可以具有这样的特征，还包括：定位部，用于定位聚焦部和复原部，包含:光具座、及卡合在光具座上可移动的三个卡块，其中，光具座的一侧壁上均匀设有刻度线，聚焦部、待测部和复原部分别固定在三个卡块上，调节卡块的位置，使微流控芯片的微通道处于太赫兹波的束腰半径最小处。

在本发明提供的太赫兹波聚焦装置中，还可以具有这样的特征：其中，卡块包含：其中，待测部还包含安装座，安装座使微流控芯片水平或者竖直安装在卡块上。

在本发明提供的太赫兹波聚焦装置中，还可以具有这样的特征：其中，安装座包含合页型的夹持件。

在本发明提供的太赫兹波聚焦装置中，还可以具有这样的特征：其中，聚焦透镜和复原透镜都呈超半球状，在聚焦透镜的中心位置设有朝向聚焦透镜的球心开口的立体角，在复原透镜的中心位置设有朝向复原透镜的球心开口的立体角。

在本发明提供的太赫兹波聚焦装置中，还可以具有这样的特征：其中，本体还包含：其中，聚焦部还包含用于固定支撑聚焦透镜的第一支撑杆、及可伸缩的第一套筒，第一套筒固定在卡块上，第一支撑杆***第一套筒中，复原部还包含用于固定支撑复原透镜的第二支撑杆、及可伸缩的第二套筒，第二套筒固定在卡块上，第二支撑杆***第二套筒中。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的太赫兹波聚焦装置，因为聚焦部的聚焦透镜对太赫兹波进行聚焦，并且通过第一金属丝上的间距递减的亚波长尺度结构的第一环形槽，使得太赫兹波实现高效聚焦，聚焦后的太赫兹波穿过待测部中的微流控芯片，设定聚焦后的太赫兹波只覆盖微流控芯片中的一条微通道从而实现对微通道中流体的透射检测，然后，从微流控芯片穿出的太赫兹波通过复原部的复原透镜和第二金属丝上的间距递增的亚波长尺度结构的第二环形槽复原，检测部对复原后的太赫兹波进行检测，所以，本发明的太赫兹波聚焦装置实现对微流控芯片上的单个微通道中微量液体进行有效检测。

附图说明

图1是本发明的实施例中太赫兹波聚焦装置的结构示意图；以及

图2是本发明的实施例中太赫兹波聚焦装置的流程图。

具体实施案例

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的太赫兹波聚焦装置作具体阐述。

图1是本发明的实施例中太赫兹波聚焦装置的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中，太赫兹波聚焦装置100用于对微通道中的流体进行检测，并且能够只覆盖一条指定微通道进行透射检测。太赫兹波聚焦装置100包含：光源部10、聚焦部20、待测部30、复原部40、定位部50和检测部60。

定位部50用于定位聚焦部20、待测部30和复原部40，定位部50包含：光具座51、卡块52、卡块53和卡块54。卡块52、卡块53和卡块54可移动的卡合在光具座51上。聚焦部20、待测部30和复原部40分别一一对应固定在卡块52、卡块53和卡块54上。

光源部10用于发出太赫兹波，沿着太赫兹波传播方向上分别设置聚焦部20、待测部30、复原部40和检测部60。

聚焦部20用于对太赫兹波进行聚焦，使太赫兹波的束腰半径减小，聚焦部20包含：聚焦透镜21、第一支撑杆22、第一套筒23和第一金属丝24。第一支撑杆22***第一套筒23中，第一支撑杆22用于安装聚焦透镜21，第一金属丝23穿过聚焦透镜21的中心。

聚焦透镜21用于聚焦光源部10发出的太赫兹波，聚焦透镜21呈超半球形，其中聚焦透镜21的大圆平面的直径为110mm。将聚焦透镜21的大圆平面朝向光源部10放置，聚焦透镜21的焦距在0.314um至4.19um范围内是连续可调的，通过改变聚焦透镜21的表面弯曲度实现改变焦距。另外，聚焦透镜21的中心处具有朝聚焦透镜21的镜面球心开口的圆锥型立体角，即以图1中的方向来看，该圆锥型立体角的开口朝向左边，该圆锥型立体角结构能够辅助汇聚太赫兹波，使得太赫兹波的束腰半径进一步变小。在聚焦透镜21的底部靠近大圆平面处设有用于固定安装在第一底座25上的螺纹孔，聚焦透镜21在本实施例中是采用硅透镜。

第一套筒23固定在卡块52上，第一支撑杆22***第一套筒23中并且通过螺钉进行固定，第一支撑杆22上设有与聚焦透镜21的螺纹孔相匹配的螺钉，使聚焦透镜21能够通过螺钉固定在第一支撑杆22上，并且通过调节第一套筒23的长度从而调节聚焦透镜21的垂直方向的位置。

第一金属丝23的直径为1mm，长7.5cm，第一金属丝23上刻蚀有多个亚波长尺度结构的第一环形槽，该多个第一环形槽彼此紧邻并且槽与槽之间具有一定间隙，第一环形槽之间的间距沿太赫兹波在第一金属丝23的传播方向上递减，这种结构使第一金属丝23的表面产生的表面等离子体激元波和太赫兹波产生共振，从而将太赫兹波有效地限制在局域范围内，实现高效聚焦。在本实施例中第一金属丝23是铜丝。

待测部30设在聚焦部20和复原部40之间，待测部30包含：微流控芯片31和安装座32。经过聚焦部20聚焦后的太赫兹波穿过微流控芯片31。安装座32使微流控芯片31水平或者竖直放置。微流控芯片31内部有键合而成的至少两个微通道，待测的流体在该微通道中流动。安装座32包含夹持件32a、第三套筒32b。第三套筒32b固定在卡块53上，夹持件32a***第三套筒32b中并通过螺钉固定住。夹持件32a是合页型，通过夹持件32a的合页夹持住微流控芯片31并通过夹持件32a的紧固螺钉进行固定，夹持件32a既可以使微流控芯片31竖直放置，也可以使微流控芯片21水平放置。

复原部40用于对穿过微流控芯片31的太赫兹波的波形进行复原，复原部40包含：复原透镜41、第二支撑杆42、第二套筒43和第二金属丝44。第二支撑杆42***第二套筒43中，第二支撑杆42用于安装复原透镜41，第二金属丝44穿过复原透镜41的中心。复原透镜41与聚焦透镜42的结构相似，在此省略相关描述。将复原透镜41的大圆平面背向光源部10放置，复原透镜41用于将太赫兹波的波形复原。第二套筒43固定在卡块54上，第二支撑杆42***第二套筒43中并且通过螺钉进行固定，第二支撑杆42上设有与复原透镜41的螺纹孔相匹配的螺钉，使复原透镜41能够通过螺钉固定在第二支撑杆42上，并且通过调节第二套筒43的长度从而调节复原透镜41的垂直方向的位置。

第二金属丝44的直径为1mm，长7.5cm，第二金属丝44上刻蚀有多个亚波长尺度结构的第二环形槽，该多个第二环形槽彼此紧邻并且第二环形槽之间的间距沿太赫兹波在第二金属丝44的传播方向上递增，第二金属丝44在传播太赫兹波时产生表面等离子激元加强了太赫兹波的复原。在本实施例中第二金属丝44是铜丝。

定位部50的光具座51的一侧壁上均匀设有刻度线。卡块52、卡块53和卡块54分别具有标记指针52a、标记指针53a、标记指针54a。通过调节卡块52、卡块53和卡块54的位置从而调节聚焦透镜21、微流控芯片31和复原透镜41之间的距离，使微流控芯片41的微通道刚好处于聚焦后的太赫兹波的束腰半径最小处，实现太赫兹波穿过指定的微通道。另外，通过标记指针52a、标记指针53a、标记指针54a在光具座51的侧壁上的刻度线指出的位置，可精确读出聚焦透镜21、微流控芯片31和复原透镜41之间的距离关系，从而便于调节太赫兹波的束腰半径大小。

检测部60用于检测经过复原部40后的复原的太赫兹波，该太赫兹波经过了微流控芯片31中微通道的流体后，检测部60对该太赫兹波进行检测从而得到流体的物理和化学信息，在本实施例中，检测部60为太赫兹时域***。

图2是本发明的实施例中太赫兹波聚焦装置的流程图。

如图2所示，本实施例的太赫兹波聚焦装置100检测流体，具体步骤如下：

步骤S1，光源部10发出太赫兹波，然后进入步骤S2。

步骤S2，聚焦部20对太赫兹波进行聚焦，先调节聚焦透镜21、微流控芯片31和复原透镜41之间的距离，使微流控芯片31的微通道处于聚焦后的太赫兹波的束腰半径最小处，然后进入步骤S3。

步骤S3，聚焦后的太赫兹波穿过微流控芯片31中指定微通道的液体，然后进入步骤S4。

步骤S4，复原部40对穿过微流控芯片31的太赫兹波进行复原，太赫兹波通过第二金属丝44和复原透镜41后复原为初审波形，复原后的太赫兹波能够被太赫兹时域***的接收器接收到，然后进入步骤S5。

步骤S5，检测部60对带有样品信息的复原后的太赫兹波进行收集，收集到的太赫兹波能够被太赫兹时域***的接收器接收到，太赫兹时域***通过分析泵浦光和探测光之间的时间差异，实现对微流控芯片中指定微通道的微量液体的检测，得到该液体的物理和化学信息，然后进入结束状态。

通过聚焦部20聚焦的太赫兹波的束腰半径可以达到微米级，从而使太赫兹波只覆盖一条指定微通道，实现太赫兹波用于微流控芯片31的检测。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的太赫兹波聚焦装置，因为聚焦部的聚焦透镜度太赫兹波进行聚焦，并且通过第一金属丝上的间距递减的亚波长尺度结构的第一环形槽，使得太赫兹波实现高效聚焦，聚焦后的太赫兹波穿过待测部中的微流控芯片，设定聚焦后的太赫兹波只覆盖微流控芯片中的一条微通道从而实现对微通道中微量液体的检测，然后，从微流控芯片穿出的太赫兹波通过复原部的复原透镜和第二金属丝上的间距递增的第二环形槽复原，检测部对复原后的太赫兹波进行检测，因此，本实施例的太赫兹波聚焦装置实现对微流控芯片上的单个微通道中流体进行有效检测。

在本实施例中，由于聚焦透镜、微流控芯片和复原透镜在光具座上可以调节，因此，本实施例能够更方便地对太赫兹波进行聚焦，并且使得微流控芯片的微通道处于太赫兹波的束腰半径最小处。

在本实施例中，由于待测部的夹持件能够在水平或竖直方向固定微流控芯片，因此，本实施例对微流控芯片中微量液体样品进行更加方便地检测。

在本实施例中，由于聚焦透镜和复原透镜具有圆锥型立体角，因此，本实施例中聚焦透镜的圆锥型立体角辅助汇聚太赫兹波，复原透镜的圆锥型立体角辅助复原太赫兹波波形。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

本发明可以检测待测部中的微量液体，也可以检测其它物质，如微量气体。

Claims (6)

1.一种太赫兹波聚焦装置，利用普通的太赫兹波来辅助检测微通道中的微量液体，其特征在于，包括：

光源部，用于引入所述太赫兹波；

聚焦部，设在所述太赫兹波的光路上，包含：用于对所述太赫兹波进行聚焦的聚焦透镜、及穿过所述聚焦透镜的中心的第一金属丝；

待测部，包含：设有至少一个被聚焦后的所述太赫兹波穿过的所述微通道的微流控芯片；

复原部，用于对穿过所述微流控芯片后的所述太赫兹波进行复原，包含：中心与所述聚焦透镜的中心相对应用于复原所述太赫兹波的复原透镜、及穿过所述复原透镜的中心的第二金属丝；以及

检测部，用于检测被复原的所述太赫兹波，

其中，所述第一金属丝上具有至少两个亚波长尺度结构的第一环形槽，至少两个所述第一环形槽之间的间距沿所述太赫兹波的传播方向递减，

所述第二金属丝具有与所述第一环形槽的数量相对应的亚波长尺度结构的第二环形槽，至少两个所述第二环形槽之间的间距沿所述太赫兹波的传播方向递增，

所述太赫兹波经过所述聚焦透镜和所述第一金属丝聚焦被聚焦后，穿过所述微流控芯片，然后所述太赫兹波被所述第二金属丝和所述复原透镜复原，所述检测部对复原后的所述太赫兹波进行检测。

2.根据权利要求1所述的太赫兹波聚焦装置，其特征在于，还包括：

定位部，用于定位所述聚焦部和所述复原部，包含:光具座、及卡合在所述光具座上可移动的三个卡块，

其中，所述光具座的一侧壁上均匀设有刻度线，

所述聚焦部、所述待测部和所述复原部分别固定在所述三个卡块上，

调节所述卡块的位置，使所述微流控芯片的微通道处于所述太赫兹波的束腰半径最小处。

3.根据权利要求2所述的太赫兹波聚焦装置，其特征在于：

其中，所述待测部还包含安装座，所述安装座使所述微流控芯片水平或者竖直安装在所述卡块上。

4.根据权利要求3所述的太赫兹波聚焦装置，其特征在于：

其中，所述安装座包含合页型的夹持件。

5.根据权利要求1所述的太赫兹波聚焦装置，其特征在于：

其中，所述聚焦透镜和所述复原透镜都呈超半球状，

在所述聚焦透镜的中心位置设有朝向所述聚焦透镜的球心开口的立体角，

在所述复原透镜的中心位置设有朝向所述复原透镜的球心开口的立体角。

6.根据权利要求2所述的太赫兹波聚焦装置，其特征在于：

其中，所述聚焦部还包含用于固定支撑所述聚焦透镜的第一支撑杆、及可伸缩的第一套筒，

所述第一套筒固定在所述卡块上，所述第一支撑杆***所述第一套筒中，

所述复原部还包含用于固定支撑所述复原透镜的第二支撑杆、及可伸缩的第二套筒，

所述第二套筒固定在所述卡块上，所述第二支撑杆***所述第二套筒中。