[发明专利]具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器

权利要求书

1.具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器，该“光纤-细胞”传感器主要是由以下三个部分组成：(1)具有新型结构的多芯光纤，该光纤端被抛磨成旋转对称的锥体圆台形，制备成光镊；(2)微球形光学谐振腔，腔内具有放大功能的增益介质，可以分布在球内、球外或球壳表层，该微球可以是被注入细胞的油滴，也可以是被细胞吞噬到内部的微球；(3)置于液体中的待测活体单细胞。所述传感系统中：捕获光束由标准单模光纤17从捕获光源2引出，经由1×N耦合器5分为多路光，分别通过衰减器4以及多芯光纤分路器8后再分别进入多芯光纤9的捕获功能纤芯中。激励光束由标准单模光纤17从激励光源1引出，经过衰减器4进入多芯光纤分路器8，然后进入多芯光纤9的激发功能纤芯中。样品池中装满细胞水溶液并稳定在载物台11上，光纤光镊10浸在的样品池中，用于实现多芯光纤探针对细胞的捕获和操控，精密的位移操作过程通过显微物镜12，CCD13和计算机14组成的成像模块进行实时成像。与此同时，探测到的细胞激光信号通过三端环形器6-1进入光谱仪15接收。液体中的细胞通过被具有旋转对称锥体圆台形的光纤光镊10捕获，通过光纤光镊的锥体捕获纤芯的捕获力联合操控，实现对细胞的姿态和位置进行精确的调整，使得激发纤芯所发射的激发光与谐振微球完成准确的对接，满足向微球谐振腔提供激发光源和输出待探测的谐振增强荧光信号的条件，从而自组装成为一个新型的“光纤-细胞”传感器。在上述“光纤-细胞”传感器的系统结构中，其中一系列纤芯波导起到对细胞进行光动力捕获的作用，而中间纤芯波导对被捕获的细胞提供了一个光辐射推力的作用，通过多个光动力调控，使得细胞与另一系列纤芯波导发出的激发光能够实现准确的耦合，从而实现对细胞的谐振激发和激光信号的输出，完成对细胞内部胞液折射率微小变化等参量的传感与测量。

2.一种应用于具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器的控温系统，该系统具备对已捕获的细胞周围环境温度的监测与调控功能，使系统处于动态平衡的恒温状态，从而保持系统环境温度的稳定，以达到对细胞的存活环境恒温维持的目的。控温光束由标准单模光纤17从控温光源3引出，经过环形器6-2进入多芯光纤分路器8，最后进入对应多芯光纤的中间纤芯中，探测到的细胞周围温度环境的反馈信号通过三端环形器6-2进入光谱仪16接收。

3.根据权利要求1所述的具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器。系统中所涉及的多芯光纤，其特征是：该光纤可以是一种具有线性分布的三芯光纤或者五芯光纤，也可以是一种具有十字形分布的五芯光纤、七芯光纤或者九芯光纤，更可以是一种具有正方形格子分布的九芯光纤。

4.根据权利要求1所述的具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器。系统中所涉及的一种光学谐振微球，其特征是：该微球为单一规则球形，而且微球含有某种增益介质，可以通过注射的方式将微球注入到细胞内部，也可以通过细胞主动吞噬的方式使微球进入细胞内部。

5.根据权利要求2所述的一种应用于具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器的控温系统。所涉及的控温系统，其特征是：多芯光纤的中间纤芯上，近光纤光镊10端写入一个1550nm波段的光纤光栅，借助光纤光栅对温度的响应特性实现系统的环境温度测量，又因为水溶液对1550nm红外波段的光吸收系数较大，从而能够提升细胞周围环境温度，从而实现传感器的加热系统对温度的调控。

6.一种多芯光纤与细胞组合成“光纤-细胞”传感器的方法。液体中的活体待测细胞通过被具有锥体圆台形的光纤端光镊捕获，通过光纤光镊的捕获力和中间光纤芯的光辐射推力的联合操控，实现对细胞的姿态和位置进行精确的调整，使得激发功能纤芯所发射的激发光和经过微球形谐振腔输出的激光恰好满足耦合条件，从而自组装成为一个新型的“光纤-细胞”传感器。在上述“光纤-细胞”传感器的系统结构中，第一个纤芯波导系列起到对细胞进行光动力捕获的作用，而中间的纤芯波导对被捕获的细胞提供一个光辐射推力的作用，通过这几个力的光动力调控，使得细胞内的微球与第二个纤芯波导系列实现准确的耦合，从而实现对细胞的谐振激发和激光信号的输出。