[发明专利]超微小法布里‑珀罗型微腔液体激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种超微小法布里-珀罗型微腔液体激光器。

背景技术

通常来说，生物荧光传感或成像主要是通过激发标记在生物样品中的荧光染料或荧光蛋白而产生的荧光信号来实现。荧光信号的特点是光谱范围宽，发光无特定方向，信号噪声大，分辨率低，因此，不利于实现超灵敏传感和超分辨光学成像。光微流微腔激光技术是解决上述问题的有效方案之一。该技术将具有荧光标记（荧光染料或荧光蛋白）的生物样品（DNA、蛋白质或细胞）作为增益介质通过微流控系统输运至光学微腔中，再以光激励的形式让其产生激光输出，利用激光信号取代传统技术的荧光信号作为传感或成像的媒介。和传统荧光技术相比，光微流激光技术具有以下优点：

1.激光相干性好，超窄线宽，方向性出射，有利于信号的采集和接收；

2.激光信号噪声小，单色性好，因此光学分辨率较荧光高；

3.激光具有阈值、激光光谱和光学模式等特征参量，而这些参量和样品的生理特征密切相关，因此，激光信号的特征参量可以提供生物样品更全面的结构、空间以及动态信息，这是传统荧光技术所无法实现的。

目前，光微流激光技术已经在高灵敏的生物传感领域比如生物分子结构变化测试和酶联免疫吸附测试(ELISA)等技术上有着广泛的应用，并普遍地提高了现有技术的灵敏度水平。然而在超分辨成像方面，光微流激光技术的潜力还未得到有效地开发。本发明提出的法布里-珀罗型激光器可在光生物医学成像中得以应用并实现离体和在体的高分辨率激光光学成像，分辨率达到100纳米以下；同时，以肿瘤细胞为研究对象，基于细胞产生激光的模式以及光谱特征，对不同恶性程度或亚型肿瘤组织或细胞病变特异征象医学信息进行纳米分辨与光学表征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可使激光光学成像分辨率高的超微小法布里-珀罗型微腔液体激光器。

本发明提出的超微小法布里-珀罗(Fabry–Pérot, FP)型微腔液体微流激光器，结合新型的光微流微腔技术，可实现窄线宽激光输出，进而可以实现活体细胞或组织的受激辐射，可同时完成样品的光学成像以及激光光谱、空间模式等特征参量的收集和分析。

本发明提出的超微小法布里-珀罗型微腔液体微流激光器，其结构：两片高反射率腔镜和微型毛细管组成；其中，两片高反射率腔镜为平行的分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector, DBR) ，构成谐振腔（称FP型微腔）；上面的为输出镜（高反低透镜），下面的为全反射镜；腔长L在30-500 μm之间；全反镜反射率高于99.9%，输出镜透过率为2%-10%。如图2所示。毛细管为方形或矩形，作为微流通道，在两片平行的分布式布拉格反射镜之间，毛细管两端和特氟龙软管相连，含增益介质的溶液或者生物细胞组织通过软管输入到FP型微腔内。

本发明中，两片布拉格反射镜，单片腔镜上下两个表面的平行度小于等于3″。

本发明中，谐振腔全反镜和输出镜平行度范围为5″-10″。

本发明中，两片平行的分布式布拉格反射镜的材料可为人造石英晶体。

本发明中，系统激光增益介质为可溶于水或有机溶剂的液态材料，可以一定速率以垂直方向通过谐振腔。

本发明原理如下：为了能够实现低阈值的法布里-珀罗型微腔微流激光运行，必须实现微腔内部的低损耗，也就是组成微腔镜面的反射率要高。本发明制备了两片分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector, DBR)，全反镜反射率高于99.9%，输出镜透过率达2-10%。单片腔镜的平行度也达到3″。传统生物细胞荧光成像或传感实验中，容易发生猝灭现象，而本发明利用微流通道可以使生物细胞或组织已一定速率通入，获得稳定的激光信号，不会发生荧光淬灭现象，可实现长时间内对光谱进行分析研究的可行性。

本发明可利用激光信号取代传统技术的荧光信号作为传感或成像的媒介，实现超灵敏的生物传感及超分辨的生物成像。

附图说明

图1为综合光学平台示意图。该光学平台采用纳秒OPO泵浦光源(UV-NIR 可调谐纳秒激光器，192-2600 纳米，最大功率50 mJ/pulse，脉宽3-5ns，重复频率10 Hz)和荧光显微系统(Olympus BX53)。

图2为 FP微流微腔示意图。

图3为法布里-珀罗型微腔激光光谱图，其中， (a)为法布里-珀罗型微腔激光光谱图，(b)为激光光谱放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步描述本发明：