×
26.08.2017
217.015.e3ec

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО АНАЛИТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для регистрации оптических параметров жидкого аналита. Устройство включает в себя подложку, в толще которой сформированы камера, входной и выходной микрофлюидные каналы, сообщающиеся с камерой, источник оптического излучения видимого диапазона, оптически соединенный через камеру с первым фотоприемником, источник излучения ближнего инфракрасного диапазона, второй фотоприемник и датчик температуры. Датчик температуры выполнен в виде пленочного интерференционного покрытия торца оптического волновода, расположенного в камере и снабженного Y-разветвителем, одна ветвь которого соединена с источником излучения ближнего инфракрасного диапазона, а другая ветвь соединена со вторым фотоприемником. В стенках камеры у внутренних ее поверхностей сформирован светопоглощающий слой. Технический результат заключается в повышении точности измерения температуры аналита в зоне детектирования. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для контроля параметров фазовых переходов в жидких средах методом упругого рассеяния света.

Известно устройство для измерения показателя преломления жидкого аналита (Haibo Wuetal. -An ultra-low detection-limit optofluidic biosensor based on all glass Fabry-Perot cavity. // Opt. Express22, 31977-31983, 2014), содержащее подложку, микрофлюидный канал, сформированный на подложке и помещенный в интерферометр, и два оптических волновода для ввода и вывода оптического сигнала.

Недостатком устройства является необходимость использования спектрофотометра для регистрации сигнала и невозможность определения параметров фазовых превращений аналита.

Известно устройство для регистрации оптических параметров аналита (см. заявка РСТ WO 2011005776, МПК G01N 01/10, G01N 15/06, G01N 15/14, G01N 21/01, G01N 21/64, G01N 33/36, опубликована 13.01.2011), включающее подложку, микрофлюидный потоковый канал, сформированный на подложке, источник света и первое полупрозрачное (дихроичное) зеркало, устройство сбора света, испускаемого клетками, а также первое устройство обработки излучения, многожильный оптический кабель с Y-образным разветвителем; фотоумножитель или фотодиод; второй источник света и второе полупрозрачное зеркало, позволяющее отражать свет клеток и способное пропускать его через себя; второе устройство сбора света, способное собирать свет, испускаемый клетками в другом направлении, и второе устройство обработки оптических параметров излучения.

Недостатком известного устройства является невозможность изменения и измерения температуры аналита и определения параметров его фазовых превращений.

Известно устройство для регистрации оптических параметров жидкого аналита (см. заявка РСГ WO 2016025698, МПК G01N 33/543, G01N 33/571, G01N 33/58, опубликована 18.02.2016), совпадающее с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и выбранное в качестве прототипа. Устройство - прототип включает подложку, в толще которой сформированы по меньшей мере одна камера, входной и выходной микрофлюидные каналы, сообщающиеся с камерой, источник оптического излучения видимого диапазона частот, оптически соединенный через камеру с первым фотоприемником, источник излучения ближнего инфракрасного диапазона частот и второй фотоприемник, модуль контроля, управляющий источниками света и фотоприемниками, предназначенными для выполнения в зоне детектирования колориметрических измерений параметров аналита посредством спектрофотометра.

Недостатком известного устройства является его усложненная конструкция из-за необходимости использования спектрофотометра для регистрации детектируемого сигнала, а также невозможность точного измерения температуры жидкого аналита в зоне детектирования.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка устройства для регистрации оптических параметров жидкого аналита, обеспечивающего повышенную по сравнению с прототипом стабилизацию и точность измерения температуры жидкого аналита в зоне детектирования.

Поставленная задача решается тем, что устройство для регистрации оптических параметров жидкого аналита включает подложку, в толще которой сформированы камера, входной и выходной микрофлюидные каналы, сообщающиеся с камерой, источник оптического излучения видимого диапазона частот, оптически соединенный через камеру с первым фотоприемником, источник излучения ближнего инфракрасного диапазона частот и второй фотоприемник, Новым является снабжение устройства датчиком температуры. Датчик температуры выполнен в виде пленочного интерференционного покрытия торца оптического волокна, расположенного в камере и снабженного Y-разветвителем, одна ветвь которого соединена с источником излучения ближнего инфракрасного диапазона, а другая ветвь соединена со вторым фотоприемником, при этом в стенках камеры у ее внутренних поверхностей сформирован светопоглощающий слой.

Подложка может быть выполнена из химически инертного неорганического или полимерного материала.

Пленочное интерференционное покрытие выполнено из последовательно нанесенных на торец оптического волокна слоев полупроводника и диэлектрика (диэлектрического зеркала) толщиной 400-800 нм.

Источник оптического излучения видимого диапазона частот может быть выполнен в виде лазера или в виде лазерного диода.

Светопоглощающий слой в стенках камеры у ее внутренних поверхностей может быть выполнен в виде слоя стекла, содержащего наночастицы металла, например, серебра или никеля, или железа, или меди.

Устройство может содержать третий фотоприемник, оптически соединенный с источником оптического излучения видимого диапазона частот через первое полупрозрачное зеркало, установленное под углом 45 градусов к продольной оси входного канала излучения видимого диапазона частот.

Устройство может содержать четвертый фотоприемник, оптически соединенный с источником ближнего инфракрасного диапазона частот через второе полупрозрачное зеркало, установленное под углом 30 или 60 градусов к продольной оси входного канала излучения видимого диапазона частот.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где:

на фиг. 1 схематически изображен общий вид настоящего устройства для регистрации оптических параметров жидкого аналита;

на фиг. 2 показана в продольном разрезе конструкция торца волновода 15 с интерференционным покрытием 14;

на фиг. 3 приведены расчетные спектры отражения интерференционного покрытия 14 при различных температурах: 1-20°C, 2-85°C, 3-95°C. Пунктирный указатель соответствует длине волны полупроводникового лазера;

на фиг. 4 показана расчетная зависимость коэффициента отражения интерференционного покрытия 14 от температуры для длины волны 980 нм;

на фиг. 5 приведена зависимость сигнала фотоприемника 11, регистрирующего излучение, рассеянное в камере 2 аналитом, от температуры аналита.

Устройство для регистрации оптических параметров жидкого аналита (см. фиг. 1-фиг. 2) включает подложку 1, выполненную, например, из химически инертного боросиликатного стекла, в толще которой сформированы: камера 2 для жидкого аналита, входной микрофлюидный канал 3 и выходной микрофлюидный канал 4, сообщающиеся с камерой 2, источник 5 оптического излучения видимого диапазона частот, в виде, например, лазера, оптически соединенный через камеру 2, например, с помощью линзы 6 и оптических волноводов 7, 8, проведенных через каналы соответственно 9, 10, с первым фотоприемником 11. Выбор длины волны излучения источника 5, например, 405 нм, обусловлен тем, что сечение светорассеяния пропорционально 1/λ4 (λ - длина волны излучения). Поэтому, уменьшение длины волны зондирующего излучения позволяет увеличить чувствительность устройства к изменению светорассеяния в камере 2. В устройство также входит источник 12 излучения ближнего инфракрасного диапазона частот, например, в виде лазера, и второй фотоприемник 13. Выбор длины волны излучения источника 12, например, 980 нм обусловлен тем, что вода, которая обычно присутствует в аналите, имеет полосы поглощения в спектральном интервале 920-1400 нм. Устройство снабжено датчиком температуры в виде пленочного интерференционного покрытия 14 торца оптического волновода 15, проведенного в камеру 2 через канал 16 и снабженного Y-образным разветвителем 17, одна ветвь 18 которого соединена с источником 12 ближнего инфракрасного диапазона через линзу 19, а другая ветвь 20 соединена со вторым фотоприемником 13, В стенках камеры 2 у ее внутренних поверхностей сформирован светопоглощающий слой 21, выполнен в виде слоя стекла, содержащего наночастицы металла, например, серебра или меди, введенных методом ионного обмена. Пленочное интерференционное покрытие 14 состоит, например, из слоя 22 кремния, слоя 23 диоксида кремния и слоя 24 кремния, которые нанесены на торец оптического волновода 15, состоящего из сердцевины 25 из кварцевого стекла и стеклянной оболочки 26. Для контроля мощности источника 5 оптического излучения видимого диапазона частот устройство может содержать третий фотоприемник 27, оптически соединенный с источником 5 через первое полупрозрачное зеркало 28, установленное под углом 45 градусов к продольной оси входного канала излучения видимого диапазона частот. Для контроля мощности источника 12 ближнего инфракрасного диапазона устройство может содержать четвертый фотоприемник 29, оптически соединенный с источником 12 через второе полупрозрачное зеркало 30, установленное под углом 30 или 60 градусов к продольной оси входного канала излучения видимого диапазона частот. Подложка 1 герметично закрыта крышкой (на чертеже не показана).

Настоящее устройство работает следующим образом.

В камеру 2 через входной микрофлюидный канал 3 подают жидкий аналит, а по выходному микрофлюидному каналу 4 аналит вытекает из нее. В камеру 2 через оптический волновод 15 вводят излучение источника 12 излучения ближнего инфракрасного диапазона, например, лазера или лазерного диода, длина волны которого попадает в полосу поглощения аналита, что приводит к его нагреву. Часть излучения, не поглощенная аналитом, поглощается в светопоглощающем слое 21, сформированном в стенках камеры 2 у ее внутренних поверхностей, что приводит к дополнительному, причем однородному, нагреву аналита. Интерференционное покрытие 14 на торце оптического волновода 15 пропускает часть излучения в камеру 2, а часть излучения отражается и попадает на фотоприемник 13, расположенный на другой ветви 20 оптического волновода 15. При нагреве излучением аналита тепло передается на интерференционное покрытие 14, содержащее, например, полупроводниковых слоев кремния, диоксида ванадия и окиси магния 22, 23, 24. При нагреве этих слоев 22, 23, 24 происходит изменение показателя их преломления, что сопровождается спектральным сдвигом резонансных полос интерференционного покрытия 14 и изменением его коэффициента отражения на длине волны источника 12 излучения ближнего инфракрасного диапазона. Регистрация отраженного оптического сигнала фотоприемником 13 позволяет производить измерение температуры аналита на основе соответствующей калибровки. По оптическому волноводу 7 излучение источника 5 видимого диапазона частот вводят в камеру 2, часть излучения, прошедшего через аналит или рассеянного им, через оптический волновод 8 поступает на фотоприемник 11. В качестве оптических волноводов 7, 8, 15 могут быть использованы оптические волокна. При определенной температуре (например, 67°C для диоксида ванадия, 75°C для раствора белка) вещество аналита претерпевает фазовый переход, что сопровождается резким увеличением светорассеяния. Рассеянное излучение при этом поглощается оптическим поглощающим слоем 21 на стенках камеры 2. Это приводит к уменьшению сигнала фотоприемника 11 (фиг. 5), что позволяет зарегистрировать температуру фазового перехода. Величина изменения сигнала фотоприемника 11, при проведении соответствующей калибровки, позволяет получить информацию о концентрации белка в аналите. После проведения анализа аналит удаляют из камеры 2 через микрофлюидный канал 7. Кроме того, дополнительная информация может быть получена из измерения индикатрисы рассеяния света аналитом, для чего в устройстве может быть предусмотрена возможность анализа светорассеяния под углами 30, 45, 60 и 90 градусов. Это позволяет зафиксировать присутствие новой фазы в аналите, а таже определить тип вещества и его концентрацию.

Была изготовлена подложка из натриево-силикатного стекла. В подложке была выполнена камера в виде углубления круглой формы диаметром 2 мм и глубиной 0,5 мм и входной и выходной микрофлюидные каналы шириной 50 мкм и глубиной 50 мкм. Изнутри камера содержит светопоглощающий слой, представляющий собой слой стекла толщиной 20 мкм, содержащий наночастицы серебра. В подложке также были выполнены сообщающиеся с камерой каналы для установки оптических волноводов. Глубина каналов равна 130 мкм, ширина равна 130 мкм. Каналы и камера в подложке были изготовлены путем сканирования по заданной программе по поверхности стекла сфокусированного луча CO2 лазера. Оптический поглощающий слой изготовлен методом ионного обмена Ag+↔Na+ (A. Tervonen, B.R. West, S. Honkanen, Ion-exchangedglasswaveguidetechnology: areview // Opt. Eng. 50 071107, 2011). Для этого в камеру помещали смесь нитратов серебра и натрия, нагревали до температуры 340°C и выдерживали в течение 30 минут. После этого расплав солей удаляли, а подложку выдерживали при температуре 560°C в течение 60 минут. В результате в приповерхностном слое стекла толщиной 30 мкм внутри камеры сформировались наночастицы серебра, имеющие высокое поглощение в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. При этом стенки камеры остаются химически инертными по отношению к аналиту. В качестве оптических волноводов были использованы стандартные многомодовые оптические волокна из кварцевого стекла без полимерной оболочки. После установки волокон в соответствующие им каналы и их герметизации подложку сверху закрывали герметичной крышкой. Интерференционное покрытие, состоящее из пленок кремния толщиной 3 мкм и расположенной между пленками кремния пленки диоксида кремния 10 толщиной 5,5 мкм. Пленки изготовлены методом вакуумного напыления. Толщина пленок выбрана таким образом, что на длине волны 980 нм от интерференционного покрытия назад отражается не более 15%, а большая часть излучения проходит сквозь него. На фиг. 3 показаны спектральные зависимости коэффициента интерференционного покрытия при различных температурах. На фиг. 4 показана температурная зависимость коэффициента отражения интерференционного покрытия на длине волны 980 нм. Из фиг. 4 видно, что при изменении температуры от 20°C до 80°C коэффициент отражения увеличивается от 8% до 18%. Это позволяет контролировать температуру аналита путем контроля оптических характеристик отраженного сигнала излучения инфракрасного диапазона частот.

Настоящее устройство для регистрации оптических параметров жидкого аналита имеет упрощенную по сравнению с прототипом конструкцию и обеспечивает более точное измерение температуры жидкого аналита в зоне детектирования. Дополнительным достоинством настоящего устройства является отсутствие в его конструкции металлических деталей, что исключает возможность химических реакций аналита при его контакте с элементами устройства.


УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО АНАЛИТА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО АНАЛИТА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО АНАЛИТА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО АНАЛИТА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 91-100 из 134.
10.05.2018
№218.016.474a

Устройство для генерации второй гармоники оптического излучения

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к устройствам удвоения частоты оптического излучения. Устройство для генерации второй гармоники оптического излучения содержит активный элемент на основе нитрида алюминия. Активный элемент выполнен по меньшей мере из одной пары...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650597
Дата охранного документа: 16.04.2018
29.05.2018
№218.016.5995

Устройство защиты литографического оборудования от пылевых металлических частиц

Изобретение относится к устройствам защиты рабочих элементов литографического оборудования от потоков пылевых частиц, в которых запыление элементов оптики продуктами распыления мишени при ее облучении лазерным излучением является критическим. Устройство включает узел (1) зарядки пылевых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655339
Дата охранного документа: 25.05.2018
08.07.2018
№218.016.6e98

Способ изготовления гетероструктуры ingaasp/inp фотопреобразователя

Способ изготовления гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя включает последовательное выращивание методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений на подложке InP в потоке очищенного водорода при пониженном давлении при температуре эпитаксии буферного слоя InP из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660415
Дата охранного документа: 06.07.2018
19.12.2018
№218.016.a8a8

Способ упрочнения поверхности вольфрамовой пластины

Изобретение относится к обработке и упрочнению поверхности вольфрамовой пластины, подвергающейся интенсивным тепловым нагрузкам, в частности, в установках термоядерного синтеза, в которых вольфрам используют в качестве материала первой стенки и пластин дивертора. Проводят воздействие на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675194
Дата охранного документа: 17.12.2018
27.12.2018
№218.016.ac3c

Способ получения нанокомпозитного материала на основе алюминия

Изобретение относится к получению нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает приготовление шихты путем нанесения раствора нитрата металла-катализатора на поверхность частиц алюминия и его сушки, термического разложения нитрата металла-катализатора до оксида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676117
Дата охранного документа: 26.12.2018
16.05.2019
№219.017.5260

Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя с антиотражающим покрытием

Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя включает последовательное формирование фоточувствительной полупроводниковой гетероструктуры АВ с пассивирующим слоем и контактным слоем GaAs, удаление контактного слоя над...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687501
Дата охранного документа: 14.05.2019
18.05.2019
№219.017.53af

Способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя

Способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя включает напыление на гетероструктуру AB основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта и основы тыльного омического контакта, термообработку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687851
Дата охранного документа: 16.05.2019
01.06.2019
№219.017.7275

Способ изготовления нитридного светоизлучающего диода

Способ изготовления нитридного светоизлучающего диода включает последовательное формирование на диэлектрической подложке слоя нитридного полупроводника n-типа проводимости, активного слоя нитридного полупроводника, слоя нитридного полупроводника р-типа проводимости. На полученной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690036
Дата охранного документа: 30.05.2019
07.06.2019
№219.017.7543

Концентраторно-планарный солнечный фотоэлектрический модуль

Концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль (1) содержит фронтальную светопрозрачную панель (2) с концентрирующими оптическими элементами (4), светопрозрачную тыльную панель (5), на которой сформированы планарные неконцентраторные фотоэлектрические преобразователи (6) с окнами (10),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690728
Дата охранного документа: 05.06.2019
13.06.2019
№219.017.8186

Импульсный инжекционный лазер

Импульсный инжекционный лазер содержит гетероструктуру раздельного ограничения, включающую асимметричный многомодовый волновод, ограничительные слои (3), (8) которого одновременно являются эмиттерами n- и р-типа проводимости с одинаковыми показателями преломления, активную область (6),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691164
Дата охранного документа: 11.06.2019
Показаны записи 91-100 из 104.
20.06.2018
№218.016.64d2

Способ записи оптической информации в фототерморефрактивном стекле

Изобретение относится к оптике и фотонике и может быть использовано для записи и длительного, архивного, хранения оптической информации в кодах высших порядков, например в восьмеричной или в шестнадцатеричной системах счисления. В заявленном способе записи оптической информации в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658114
Дата охранного документа: 19.06.2018
12.12.2018
№218.016.a57d

Способ записи оптической информации в стекле

Изобретение относится к оптике и фотонике и может быть использовано для записи в стекле оптической информации в цифровом или аналоговом форматах, а также для создания в стекле нано- и микроразмерных источников света. Способ записи оптической информации в стекле, содержащем ионы и заряженные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674402
Дата охранного документа: 07.12.2018
20.02.2019
№219.016.bfa6

Регулятор интенсивности излучения

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может найти применение в аппаратуре для оптической записи и воспроизведения информации. Регулятор интенсивности излучения включает в себя две призмы полного внутреннего отражения с регулируемым зазором между ними. На поверхность призм нанесены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002355004
Дата охранного документа: 10.05.2009
11.03.2019
№219.016.db42

Подложка для биочипа и способ ее изготовления

Изобретения относятся к оптике, технологиям обработки оптических материалов и нанотехнологиям. Подложка для биочипа представляет собой стеклянную пластину с наночастицами металла (Au, Ag, Pt). Согласно изобретению пластина выполнена из силикатного фотохромного или фототерморефрактивного стекла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002411180
Дата охранного документа: 10.02.2011
11.03.2019
№219.016.db72

Способ изготовления спиральной длиннопериодной волоконной решетки

Способ изготовления спиральной длиннопериодной волоконной решетки из заготовки оптического волокна заключается в том, что на заготовку оптического волокна из стекла или полимера наматывают виток к витку полимерное волокно и фиксируют концы наматываемого волокна. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002426158
Дата охранного документа: 10.08.2011
27.04.2019
№219.017.3df2

Способ изготовления длиннопериодной волоконной решетки

Способ может быть использован для изготовления длиннопериодных волоконных решеток, применяемых в волоконно-оптических датчиках и сенсорах. Способ обеспечивает формирование на поверхности стеклянного волокна периодической структуры переменной толщины. Волокно погружают вертикально в раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002398251
Дата охранного документа: 27.08.2010
27.04.2019
№219.017.3df3

Способ изготовления спиральной длиннопериодной волоконной решетки (варианты)

Способ включает скручивание вокруг оси заготовки со скоростью 0,5…1 об/с и одновременно растягивание продольно со скоростью 0,1…1 мм/с. В первом варианте заготовка представляет собой раствор полимера с концентрацией 50…80% и полученное волокно смачивают растворителем полимера в течение 2…15 с и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002392646
Дата охранного документа: 20.06.2010
27.04.2019
№219.017.3df9

Способ формирования металлических нанокластеров в стекле

Формирование металлических нанокластеров в стекле применяется в интегральной оптике для создания матриц микролинз, плазменных волноводов, оптических переключателей, химических и биосенсоров на основе плазменных наноструктур и метаматериалов. Способ позволяет получать композитные слои с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002394001
Дата охранного документа: 10.07.2010
29.05.2019
№219.017.66b2

Способ изготовления гофрированных оптических волокон

Изобретение относится к волноводной и волоконной оптике и может быть использовано для изготовления длиннопериодных волоконных решеток. Способ изготовления гофрированных оптических волокон заключается в том, что волокно погружают вертикально в 5-30% раствор органического полимера в органическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002379719
Дата охранного документа: 20.01.2010
15.06.2019
№219.017.833e

Катализатор жидкофазного синтеза метанола и способ его получения

Изобретение относится к области производства гетерогенных катализаторов для процессов жидкофазного синтеза метанола. Катализатор жидкофазного синтеза метанола содержит носитель и цинк в качестве активного компонента. Согласно изобретению, в качестве носителя используют сверхсшитый полистирол со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691451
Дата охранного документа: 14.06.2019
+ добавить свой РИД