[發明專利]一種基于特種光纖的光纖光鑷及系統

有效

• 申請號: 202010925268.1
• 申請日: 2020-09-06
• 公開（公告）號: CN112068249B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 苑立波;杜佳豪
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/32;G21K1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種基于特種光纖的光纖光鑷及系統。其特征是：它由同軸雙波導光纖1、大芯徑同軸雙波導光纖2、錐臺3、菲涅爾衍射透鏡4、同軸雙波導光纖連接器5、激光器(6、7)組成。所述系統中，激光器(6、7)通過同軸雙波導光纖連接器5分別與同軸雙波導光纖1的中間芯、環形芯相連。同軸雙波導光纖1的另一端熔接一段大芯徑同軸雙波導光纖2，大芯徑同軸雙波導光纖2的另一端加工成錐臺3，光經過錐臺3會聚成一個能穩定捕獲粒子的勢阱；大芯徑同軸雙波導光纖2的中間芯加工有菲涅爾衍射透鏡4，光經過菲涅爾衍射透鏡4會聚成另一個能穩定捕獲粒子的勢阱。本發明可用于微粒的捕獲、彈射，可廣泛用于光動力操控等領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種基于特種光纖的光纖光鑷及系統，可用于細胞或微粒的捕獲、彈射，屬于光動力操縱技術領域。

(二)背景技術

1986年，Askin和他的同事首次提出“光鑷”的概念[Optical Letters，18(5)：288-290，1986]，開拓了光捕獲微粒研究的新領域。目前，光鑷技術成為了探索微觀世界的科學研究通用工具。

光鑷，即用光來抓物體。但與之不同的是，光鑷是使粒子受到光的束縛從而達到“抓”的效果。光鑷可以使空間分辨率達到納米量級，使力的分辨率達到皮牛量級，使得時間分辨率達到毫秒量級。這使得人們能從單細胞水平以至單分子水平上研究生命體。過去幾十年的發展使這些工具從精密儀器轉變為高度通用的分子生物物理儀器。目前，光鑷已經成為生物科學中最廣泛使用的高精度定位技術和測量皮牛力的技術。

盡管傳統光鑷已經取得了顯著的結果，但是在相當多的環境中，它們的使用仍然受到限制。例如，使用通常工作距離很小的傳統光鑷系統很難使光束在厚樣品或混濁介質中聚焦。此外，成本和可移植性問題也是它們廣泛使用的障礙。

為解決上述問題，2016年，蘇晨光等人公開了一種光鑷系統中的微球自動捕獲方法(申請號：201610832084.4)，能夠自動識別、捕獲800nm–10μm的粒子，有效的提高實驗的效率，減輕實驗者的工作量，并提升實驗數據的穩定性。同年，黃維等人公開了一種基于四芯螺旋光纖的光纖光鑷及其制作方法(申請號：201610412841.2)。將四芯光纖進行扭轉之后，形成螺旋光纖，從而形成光纖光鑷。2017年，張永惠等人公開了一種基于斜光線環形光場的階躍多模光纖光鑷(申請號：201721083580.0)，在多模光纖纖芯中，構造完全由斜光線構成的環形光場，將光纖頭研磨后，形成光強梯度場，從而捕獲細胞或飛升級的微液滴。

此外，申請人在2010年公開了一種基于同軸雙波導結構的吞吐式光纖光鑷及制備方法(申請號：201010215424.1)。利用同軸雙波導光纖對微粒進行操控，通過調節改變光源光功率，可實現穩定捕獲粒子的吞吐、發射，甚至吸回。同時，對微粒的捕獲更加靈活、準確，具備可調節性，大大提高了光纖光鑷技術的實用性。

以上專利，雖然都能對粒子進行捕獲、吞吐等操控，但是他們大多一次只能操控一個粒子，功能比較單一。

本發明公開了一種基于特種光纖的光纖光鑷。可用于細胞或微粒的捕獲、彈射，可廣泛用于細胞操控等領域。在小芯徑同軸雙波導光纖的一端熔接一小段大芯徑同軸雙波導光纖。將大芯徑同軸雙波導光纖端研磨成錐臺，使其環形芯能會聚形成三維穩定捕獲勢阱。在大芯徑同軸雙波導光纖的中間芯上用飛秒激光加工技術雕刻菲涅爾透鏡，使其中間芯也能形成一個穩定的聚焦光場。與在先技術相比，本發明的優勢為：一方面，環形芯形通過錐臺成一個焦點，中間芯通過衍射透鏡形成一個聚焦點，可以同時捕獲兩個有一定距離的粒子；也可以對中間芯和環形芯分別通光，每次只捕獲一個粒子。另一方面，通過設計中間芯二元衍射透鏡的焦距，使得透鏡焦距與環形芯焦距相近，即可利用環形芯捕獲粒子，中間芯用來彈射粒子；中間芯是通過衍射透鏡會聚的光束，將光束進行了壓縮，與直接出射的高斯光束相比，彈射加速區域更長。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、同時具有捕獲單個、多個細胞、且具有彈射功能的多功能復合的光纖光鑷及系統。