[发明专利]一种精准操控纳米颗粒和生物分子的纳米光镊装置及方法

说明书

本发明公开了一种精准操控纳米颗粒和生物分子的纳米光镊装置及方法，装置包括显微镜，显微镜的载物台上设置有微流通道，微流通道由盖玻片和载玻片组成，微流通道内设置有两根光纤，两根光纤外部均套有玻璃毛细管，玻璃毛细管被固定在可调的光纤调节架上，其中一根光纤的另一端连接有Y型的光纤耦合器，Y型的光纤耦合器的另外两臂分别连接带通滤波器和光纤激光器，带通滤波器的另一端连接光电探测器，另一根光纤的另一端连接有激光器。方法具体步骤如下：步骤1：制备用于精准操控的抛物线形光纤尖端；步骤2：将微透镜固定在光纤尖端；步骤3：利用步骤2中组装好的微透镜来捕获和操控荧光纳米颗粒；步骤4：捕获和操控DNA分子。

技术领域

本发明属于纳米光镊技术领域，涉及一种精准操控纳米颗粒和生物分子的纳米光镊装置方法。

背景技术

传统光镊是一种远场光镊技术，它利用一个高数值孔径的物镜，将自由空间的激光束汇聚后，产生一个光学势阱，可无接触、无损害地捕获和操控微小粒子，是研究物理科学、细胞生物学以及分子生物学强有力的工具。

近些年来，由于近场光镊技术能突破衍射极限，越来越受到国际上的关注。现有的近场光镊技术包括等离激元光镊、狭缝波导以及光子晶体谐振腔等。这些近场光镊技术基于纳米天线，纳米波导以及光子晶体等纳米结构，利用谐振波或者倏逝波将光场局域在近场区域，从而突破衍射极限，能操控纳米量级的粒子。

传统光镊所用的激光束存在衍射极限，当用于捕获直径小于一百纳米的物体(比如瑞利粒子和生物分子)时，捕获的强度和精度都很低。另外，由于传统光镊需要高数值孔径的物镜和自由空间的光学系统，导致整个装置比较庞大，不够集成化和微型化。

现有的近场光镊技术都基于纳米天线、纳米波导和光子晶体等纳米结构，需要复杂的纳米制造工艺。而且，这些纳米结构大都固定在特定的基板上，只能在二维平面内操控纳米颗粒或生物分子，但在三维精准、无损操控上仍面临巨大挑战。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种精准操控纳米颗粒和生物分子的纳米光镊装置及方法，解决了现有技术中存在的传统光镊捕获的强度和精度都很低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种精准操控纳米颗粒和生物分子的纳米光镊装置，包括显微镜，所述显微镜的载物台上设置有微流通道，所述微流通道由盖玻片和载玻片组成，所述微流通道内设置有两根光纤，两根所述光纤外部均套有玻璃毛细管，所述玻璃毛细管被固定在可调的光纤调节架上，其中一根所述光纤的另一端连接有Y型的光纤耦合器，所述Y型的光纤耦合器的另外两臂分别连接带通滤波器和光纤激光器，所述带通滤波器的另一端连接光电探测器，另一根所述光纤的另一端连接有激光器。

所述显微镜的顶部设置有电荷耦合元件，所述显微镜的载物台上方设置有物镜。

本发明还公开了一种精准操控纳米颗粒和生物分子的纳米光镊方法，具体步骤如下：

步骤1：制备用于精准操控的抛物线形光纤尖端；

步骤2：将微透镜固定在光纤尖端；

步骤3：利用步骤2中组装好的微透镜来捕获和操控荧光纳米颗粒；

步骤4：捕获和操控DNA分子。

所述步骤1中光纤尖端的具体的制备方法如下：

步骤1.1：用光纤剥线钳剥去光纤中间的涂覆层得到一段长为1～2厘米、直径为100～125微米的裸光纤；

步骤1.2：将步骤1.1制得的裸光纤套进一个内径为0.9～1.0毫米，长度为100～150毫米的玻璃毛细管中；