[发明专利]一种基于光流控毛细管微腔的淋巴细胞生物光学传感器及其传感方法

说明书

本发明揭示了一种基于光流控毛细管微腔的淋巴细胞生物光学传感器及其传感方法，该传感器包括扫频激光器、用于对细胞溶液进行传感测试的毛细管微腔‑微纳光纤耦合单元、光电探测器及反馈控制系统，扫频激光器、毛细管微腔‑微纳光纤耦合单元、光电探测器及反馈控制系统相互之间通过光纤熔融耦合连接，反馈控制系统分别与光电探测器和扫频激光器电性连接，毛细管微腔‑微纳光纤耦合单元由微纳光纤与毛细管微腔相互垂直耦合而成。该传感器采用微小体积、高Q值的毛细管微腔作为淋巴细胞传感单元，通过微腔内光和微流体的控制与互作用，实现具有高灵敏度、快速检测、无标记、结构紧凑、集成度高、成本低的生物光学淋巴细胞传感。

技术领域

本发明涉及一种基于光流控毛细管微腔的淋巴细胞生物光学传感器及其传感方法，可用于传感器技术领域。

背景技术

发现和量化艾滋病病毒的能力对于医生寻求最大限度的治疗效果是至关重要的，而实现这一目标的一种方法就是观察CD4+淋巴细胞的数量。一个健康的正常人的CD4+细胞数在1200/μL，随着艾滋感染程度的加深，这个数字会同时下降，当下降到200/μL时即被诊断为艾滋病。

目前，CD4+淋巴细胞的计数可以通过流式细胞仪来准确地实现。这些仪器的工作原理是通过用荧光抗体标记CD4+受体并对因此产生的荧光信号进行计数。但是尽管流式细胞仪的计数非常精确，它们也有着依赖于荧光标记、设备成本高、维护要求高、检测时间长等局限性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于光流控毛细管微腔的淋巴细胞生物光学传感器及其传感方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于光流控毛细管微腔的淋巴细胞生物光学传感器，包括扫频激光器、用于对细胞溶液进行传感测试的毛细管微腔-微纳光纤耦合单元、光电探测器及反馈控制系统，所述扫频激光器、毛细管微腔-微纳光纤耦合单元、光电探测器及反馈控制系统相互之间通过光纤熔融耦合连接，所述反馈控制系统分别与光电探测器和扫频激光器电性连接，所述毛细管微腔-微纳光纤耦合单元由微纳光纤与毛细管微腔相互垂直耦合而成，所述扫频激光器发出激光从微纳光纤的端进入微纳光纤锥区，通过倏逝场耦合进入毛细管微腔，激发毛细管微腔中回音壁模式共振，回音壁模式光场与微腔内部的细胞溶液发生特异性生物光学互作用，通过检测微纳光纤另一端输出的光强来解调被测淋巴细胞溶液细胞浓度信息，所述反馈控制系统通过电性连接控制扫频激光器的输出波长和强度，同时还控制光电探测器检测经过毛细管微腔之后微纳光纤另一输出端的光强度，实现对扫频激光器的光波长和光功率的控制并且将微纳光纤输出端测得的光强与输入光激光光强在特定光波长处进行比较反馈运算，得到具有多个透射峰的回音壁模式共振谱。

优选地，所述扫频激光器的波长为可调谐。

优选地，所述微纳光纤是由单模光纤经过拉锥机熔融拉锥制备制成。

优选地，所述毛细管微腔由中空石英毛细管光纤进行熔融拉锥制备而成。

优选地，所述微纳光纤紧靠于毛细管微腔上，所述微纳光纤与毛细管微腔的中轴线保持异面垂直。

优选地，所述毛细管微腔为高对称的中空圆柱型结构。

优选地，只有满足回音壁模式共振条件的谐振波长才能够在毛细管微腔内产生谐振，满足回音壁模式共振条件的谐振波长λ由下式决定：

λ＝2πrn_eff/m

其中r是谐振腔半径，n_eff是光学谐振模式经过的有效折射率，m是整数。

优选地，光波在毛细管微腔中的谐振循环周期由毛细管微腔的品质因子Q决定，有效作用长度L_eff和品质因子Q关系由下式给定：

L_eff＝Qλ/2πn_eff。