在环境监测、细胞学分析、医学诊断等诸多领域，微粒的光散射特性是一个非常重要的物理学参数。通常的光散射测量方法往往使用较易制备的颗粒群样本，然而单个颗粒的光散射测量对于精确计量、形态学分析、和内部微结构探索方面具有至关重要的意义，同时也能为各种复杂颗粒的光散射理论模型提供直接的验证。电动力平衡(EDB)捕获法和双光束光镊(Dual-beam optical tweezer)捕获法分别利用静电场和光梯度场对气溶胶带电单个颗粒和溶液悬浮单个颗粒进行捕获，从而实现单颗粒的光散射角度分辨测量。但前者难以在导电液体环境中使用，后者依赖于复杂的光-微粒相互作用，限制条件多，捕获时间长，操作难度大，且装置昂贵复杂，因此，研究一种快速有效的单颗粒光散射测量方法和装置具有十分重要的意义。
武汉光电国家实验室（筹）博士生戴杰，硕士生宫宝玉、汪慧敏在杨克成教授、夏珉副教授的指导下，从熟悉的微纳流体力学模型和颗粒光散射模型出发，提出了一种新型的基于微流控芯片的单微粒光散射角度分辨测量方法。通过设计、仿真和加工制备具有自调节捕获功能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳流道，稳定、可靠、快速的捕获了20μm-30μm不同粒径下的单个聚苯乙烯(PS)颗粒，并通过经过优化的光学测量装置对单颗粒的微弱散射光进行大范围(2°-162°)的角向分布测量。这一进展提供了一种低成本、测量范围大、适应性强的测量单个颗粒体散射函数的新方法。为日后研究非球对称颗粒、复杂内结构颗粒、变形颗粒等多种光学各向异性颗粒的散射特性提供了有潜力的方法和装置基础。

2015年11月16日，该成果“ 基于微流控微粒捕获芯片的单个微米颗粒光散射测量”(Measurement of the light scattering of single micrometer-sized particles captured with a microfluidic trap)发表在 Optics Express (Volume 23, Issue 23, pp. 29296-30582, 2015)。该成果得到了国家自然科学基金(41276042、41406108)的支持。