[發(fā)明專利]具有錐體圓臺纖端結(jié)構(gòu)的多芯光纖細胞傳感器

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• 申請日: 2019-02-25
• 公開（公告）號: CN109870431A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苑婷婷;張曉彤;苑立波
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/41;G01N21/84;G01N21/01;G02B6/02
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1.具有錐體圓臺纖端結(jié)構(gòu)的多芯光纖細胞傳感器，該“光纖-細胞”傳感器主要是由以下三個部分組成：(1)具有新型結(jié)構(gòu)的多芯光纖，該光纖端被拋磨成旋轉(zhuǎn)對稱的錐體圓臺形，制備成光鑷；(2)微球形光學諧振腔，腔內(nèi)具有放大功能的增益介質(zhì)，可以分布在球內(nèi)、球外或球殼表層，該微球可以是被注入細胞的油滴，也可以是被細胞吞噬到內(nèi)部的微球；(3)置于液體中的待測活體單細胞。所述傳感系統(tǒng)中：捕獲光束由標準單模光纖17從捕獲光源2引出，經(jīng)由1×N耦合器5分為多路光，分別通過衰減器4以及多芯光纖分路器8后再分別進入多芯光纖9的捕獲功能纖芯中。激勵光束由標準單模光纖17從激勵光源1引出，經(jīng)過衰減器4進入多芯光纖分路器8，然后進入多芯光纖9的激發(fā)功能纖芯中。樣品池中裝滿細胞水溶液并穩(wěn)定在載物臺11上，光纖光鑷10浸在的樣品池中，用于實現(xiàn)多芯光纖探針對細胞的捕獲和操控，精密的位移操作過程通過顯微物鏡12，CCD13和計算機14組成的成像模塊進行實時成像。與此同時，探測到的細胞激光信號通過三端環(huán)形器6-1進入光譜儀15接收。液體中的細胞通過被具有旋轉(zhuǎn)對稱錐體圓臺形的光纖光鑷10捕獲，通過光纖光鑷的錐體捕獲纖芯的捕獲力聯(lián)合操控，實現(xiàn)對細胞的姿態(tài)和位置進行精確的調(diào)整，使得激發(fā)纖芯所發(fā)射的激發(fā)光與諧振微球完成準確的對接，滿足向微球諧振腔提供激發(fā)光源和輸出待探測的諧振增強熒光信號的條件，從而自組裝成為一個新型的“光纖-細胞”傳感器。在上述“光纖-細胞”傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，其中一系列纖芯波導起到對細胞進行光動力捕獲的作用，而中間纖芯波導對被捕獲的細胞提供了一個光輻射推力的作用，通過多個光動力調(diào)控，使得細胞與另一系列纖芯波導發(fā)出的激發(fā)光能夠?qū)崿F(xiàn)準確的耦合，從而實現(xiàn)對細胞的諧振激發(fā)和激光信號的輸出，完成對細胞內(nèi)部胞液折射率微小變化等參量的傳感與測量。

2.一種應(yīng)用于具有錐體圓臺纖端結(jié)構(gòu)的多芯光纖細胞傳感器的控溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備對已捕獲的細胞周圍環(huán)境溫度的監(jiān)測與調(diào)控功能，使系統(tǒng)處于動態(tài)平衡的恒溫狀態(tài)，從而保持系統(tǒng)環(huán)境溫度的穩(wěn)定，以達到對細胞的存活環(huán)境恒溫維持的目的。控溫光束由標準單模光纖17從控溫光源3引出，經(jīng)過環(huán)形器6-2進入多芯光纖分路器8，最后進入對應(yīng)多芯光纖的中間纖芯中，探測到的細胞周圍溫度環(huán)境的反饋信號通過三端環(huán)形器6-2進入光譜儀16接收。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有錐體圓臺纖端結(jié)構(gòu)的多芯光纖細胞傳感器。系統(tǒng)中所涉及的多芯光纖，其特征是：該光纖可以是一種具有線性分布的三芯光纖或者五芯光纖，也可以是一種具有十字形分布的五芯光纖、七芯光纖或者九芯光纖，更可以是一種具有正方形格子分布的九芯光纖。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有錐體圓臺纖端結(jié)構(gòu)的多芯光纖細胞傳感器。系統(tǒng)中所涉及的一種光學諧振微球，其特征是：該微球為單一規(guī)則球形，而且微球含有某種增益介質(zhì)，可以通過注射的方式將微球注入到細胞內(nèi)部，也可以通過細胞主動吞噬的方式使微球進入細胞內(nèi)部。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于具有錐體圓臺纖端結(jié)構(gòu)的多芯光纖細胞傳感器的控溫系統(tǒng)。所涉及的控溫系統(tǒng)，其特征是：多芯光纖的中間纖芯上，近光纖光鑷10端寫入一個1550nm波段的光纖光柵，借助光纖光柵對溫度的響應(yīng)特性實現(xiàn)系統(tǒng)的環(huán)境溫度測量，又因為水溶液對1550nm紅外波段的光吸收系數(shù)較大，從而能夠提升細胞周圍環(huán)境溫度，從而實現(xiàn)傳感器的加熱系統(tǒng)對溫度的調(diào)控。

6.一種多芯光纖與細胞組合成“光纖-細胞”傳感器的方法。液體中的活體待測細胞通過被具有錐體圓臺形的光纖端光鑷捕獲，通過光纖光鑷的捕獲力和中間光纖芯的光輻射推力的聯(lián)合操控，實現(xiàn)對細胞的姿態(tài)和位置進行精確的調(diào)整，使得激發(fā)功能纖芯所發(fā)射的激發(fā)光和經(jīng)過微球形諧振腔輸出的激光恰好滿足耦合條件，從而自組裝成為一個新型的“光纖-細胞”傳感器。在上述“光纖-細胞”傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，第一個纖芯波導系列起到對細胞進行光動力捕獲的作用，而中間的纖芯波導對被捕獲的細胞提供一個光輻射推力的作用，通過這幾個力的光動力調(diào)控，使得細胞內(nèi)的微球與第二個纖芯波導系列實現(xiàn)準確的耦合，從而實現(xiàn)對細胞的諧振激發(fā)和激光信號的輸出。