[發(fā)明專利]一種基于斜光線環(huán)形光場的階躍多模光纖光鑷

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• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107357044A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 張永慧;蘇于東;魏勇;劉春蘭;姜友嫦;許剛;岳西;劉奉
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶三峽醫(yī)藥高等專科學校
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B6/26;G21K1/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發(fā)明屬于精準醫(yī)療科研實驗器材領域，具體涉及一種基于斜光線環(huán)形光場的階躍多模光纖光鑷。

背景技術

光鑷是利用光場強度空間變化形成的梯度力把微粒穩(wěn)定的捕獲在光場最強處，即光束的焦點位置。當激光束移動時就可以帶動微粒一起運動，實現(xiàn)對微粒的精密操控。細胞是生命結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，光鑷用于微米范圍內(nèi)操縱微粒的特點正好符合細胞、亞細胞層次的研究。在20世紀末各種新技術爭奇斗艷的角逐中，光鑷以它能動態(tài)地研究活細胞的獨特的功能，顯示出耀人眼目的燦爛光芒。傳統(tǒng)光鑷是基于光學顯微鏡系統(tǒng)構(gòu)建的，它通過顯微鏡物鏡將激光光束聚焦，利用聚焦中心附近的梯度力場形成光阱，實現(xiàn)對微粒的捕獲和操縱。傳統(tǒng)光鑷結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，價格昂貴，操作技能要求高，樣品移動自由度小，限制了其廣泛的應用價值。與基于顯微鏡的常規(guī)光鑷系統(tǒng)相比，基于單光纖的微探頭式光鑷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，捕陷范圍大，操縱靈活，便于調(diào)整，可以適應更多的生物細胞和生物分子的光微操作需求，擴大了激光微操縱技術在生命科學中的應用范圍，具有廣泛的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提供一種基于斜光線環(huán)形光場的階躍多模光纖光鑷。該裝置可捕獲單細胞及飛升級微液滴，通過斜入射調(diào)節(jié)裝置改變注光角度、位置、間距，實現(xiàn)對細胞的精確捕獲、搬運、彈射、篩選等操作。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，一種基于斜光線環(huán)形光場的階躍多模光纖光鑷，包括光源1、單模光纖2和階躍多模光纖4，階躍多模光纖的末端設置捕獲鑷頭6；光源光耦合注入單模光纖中，單模光纖給階躍多模光纖斜入射注光，階躍多模光纖中光線以斜光線的形式螺旋向前傳輸并構(gòu)成環(huán)形光場，環(huán)形光在捕獲鑷頭6端面全反射匯聚，產(chǎn)生強光阱力；所述光纖光鑷還包括斜入射調(diào)節(jié)裝置I3-1和斜入射調(diào)節(jié)裝置II3-2，所述斜入射調(diào)節(jié)裝置II水平夾持階躍多模光纖，斜入射調(diào)節(jié)裝置I斜方位夾持單模光纖。

進一步，所述捕獲鑷頭通過以下方法獲得：截取一段長為2m、外包層直徑為125μm，纖芯直徑105μm的階躍折射率多模光纖，在其兩端利用米勒鉗去除涂覆層2cm，用無紡布蘸取酒精擦拭干凈，并使用光纖切割刀將其端面切割平整，將切平的階躍折射率多模光纖夾裝在光纖研磨系統(tǒng)上，下壓光纖，使其與研磨盤成37.5°的傾角，用8000目砂紙進行光纖自轉(zhuǎn)同步研磨；當研磨深度到34.5μm時，上抬光纖，更換12000目砂紙拋光光纖磨制面2小時，保證光纖斜面完全平整；將980nm激光器激光注入單模光纖，單模光纖斜入射至多模光纖注光，斜入射的方法消除纖芯中的子午光線，構(gòu)造完全由斜光線構(gòu)成的環(huán)形光場，多模光纖中傳輸?shù)男惫饩€組成的環(huán)形光場在研磨圓錐臺結(jié)構(gòu)反射匯聚后，產(chǎn)生光強梯度場，構(gòu)造成強光阱力單光纖光鑷，用于捕獲單細胞或飛升級微液滴。

進一步，所述斜入射調(diào)節(jié)裝置I包括用于調(diào)整單模光纖在水平位置上位置的X軸調(diào)節(jié)部分I、用于調(diào)整單模光纖在豎直位上位置的Y軸調(diào)節(jié)部分I和用于調(diào)節(jié)單模光纖出射光出射角度的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)部分I。

進一步，所述斜入射調(diào)節(jié)裝置II包括用于調(diào)整階躍多模光纖的入射段在水平位置上位置的X軸調(diào)節(jié)部分II、用于調(diào)整階躍多模光纖的入射段在豎直位上位置的Y軸調(diào)節(jié)部分II和用于調(diào)節(jié)階躍多模光纖入射段角度的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)部分II。

進一步，所述光源為980nm激光器，耦合至980nm單模光纖后，最大輸出功率大于400mW。

進一步，所述階躍多模光纖為玻璃包層階躍折射率多模光纖，數(shù)值孔徑0.22，光纖芯徑105μm，包層直徑125μm。

進一步，所述單模光纖為980nm單模光纖，數(shù)值孔徑0.2，980nm對應模場直徑4.2μm，芯徑3.6μm，包層直徑125μm，前端通過耦合透鏡與980nm光源耦合。

進一步，該光纖光鑷還包括微操手5，所述微操手用于調(diào)節(jié)多模階躍光纖末段的位置。

由于采用了上述技術方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：