[发明专利]一种增益材料自聚集激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增益材料自聚集激光器及其制备方法。所述激光器是在溶液中稳定存在的内含增益材料的聚合物微球，且表面活性剂分布在微球表面，且增益材料在聚合物微球中的浓度高于在聚合物微球外的溶液中的浓度，且增益材料在溶液中不发光，在聚合物微球中实现激光。该自聚集激光器的增益材料在聚集前为小分子状态，具有尺寸小、穿透能力强、靶向结合力强，能够顺利穿透细胞膜、多孔薄膜、分子筛等界面；聚集后自组装为高性能光学谐振腔，在泵浦光激发下实现激光输出。该聚集激光的增益材料在聚集前不发光，聚集后发光高效，能进一步提升成像应用中的信噪比，大幅提升成像对比度。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种增益材料自聚集激光器及其制备方法。

背景技术

有机微型激光器由于具有柔性易加工、吸收发射截面高、丰富的能级调控、生物相容性好等优点，因此在生物细胞环境检测、化学传感、细胞追踪等领域具有重要应用。具有窄线宽与高Q值的微型激光器对环境变化非常敏感，因此可以进行痕量分子探测。比如，文献一（He L, Özdemir S K, Zhu J, et al. Detecting single viruses andnanoparticles using whispering gallery microlasers[J]. Nature nanotechnology,2011, 6(7): 428.）利用窄线宽的微型激光器在环境分子的扰动下产生模式劈裂，来探测单个流感病毒，实现超高灵敏度分子探测。微型激光器的窄发射峰，可以实现大批量细胞同时标记。文献二（Martino N, Kwok S J J, Liapis A C, et al. Wavelength-encodedlaser particles for massively-multiplexed cell tagging[J]. bioRxiv, 2018:465104.）报道基于微型激光器的多重细胞标记和成像应用，成功对数千个单个细胞的时间跟踪显示不同的行为表型。

在实时监测生物及细胞内环境变化过程中，有机微型激光器也展现了其特殊的优点，例如生物相容性好，生理排斥反应小及可降解等特性。但是较大尺寸的微型激光器（微米量级）难以穿过细胞膜，不易于实现细胞内的实时检测。同时降低微型激光器的尺寸又会造成激光阈值升高，光学质量降低等缺陷。并且在生物体内痕量检测中，待测物依靠扩散作用扩散到光学谐振腔内，与具有靶向结合能力的分子结合，实现检测，该过程存在扩散速度慢，响应时间长，检测限高等缺点，不能真正实现超低检测限、高灵敏度、快速响应的化学生物检测。

发明内容

基于此，有必要提供一种增益材料自聚集激光器，其增益材料在聚集前为小分子状态，具有尺寸小、穿透能力强、靶向结合力强，能够顺利穿透细胞膜、多孔薄膜、分子筛等界面；聚集后自组装为高性能光学谐振腔，在泵浦光激发下实现激光输出。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种增益材料自聚集激光器，所述激光器是在溶液中稳定存在的内含增益材料的聚合物微球，且表面活性剂分布在微球表面，且增益材料在聚合物微球中的浓度高于在聚合物微球外的溶液中的浓度，且增益材料在聚合物微球中实现激光，在聚合物微球外不发光。

上述增益材料自聚集激光器的制备方法，包括如下步骤：

（1）用光纤蘸取液态聚合物涂抹在低折射率透明凹槽表面，透明凹槽上覆盖玻璃片；

（2）在凹槽中加入含表面活性剂和增益材料的溶剂，液态聚合物在溶剂的界面张力作用下自组装成尺寸可控的聚合物微球；

（3）所述增益材料自发从溶液中进入所述聚合物微球内，得到所述增益材料自聚集激光器。

进一步的，所述增益材料在溶剂和液态聚合物中的分配系数不同，液态聚合物为对增益材料具有高溶解度，而溶剂对增益材料溶解度较低，所述增益材料通过萃取，自发从液体环境聚集到聚合物谐振腔中。