[发明专利]一种具有稳定捕获功能的环纤芯鸟喙形光纤光镊系统

说明书

一种具有稳定捕获功能的环纤芯鸟喙形光纤光镊系统，其特征在于，所述光纤光镊由环纤芯鸟喙形光纤探针、激光器、调节架、样品槽、显微成像系统、拉曼激光源和拉曼检测器组成。其中鸟喙形型光纤探针的特征在于，通过改变光纤弯曲尖端区的曲率半径来增强光纤侧面的倏逝场分布，增大细胞所受的梯度力，从而实现细胞的稳定捕获。最后向鸟喙形光纤光镊通入拉曼激光，并经检测器得到对应的拉曼频移，从而实现细胞的特性检测。

(一)技术领域

本发明所涉及的是一种具有稳定捕获功能的环纤芯鸟喙形光纤光镊系统，属于光操控技术领域。

(二)背景技术

自Ashkin等人的开创性工作以来，光镊已成为生物和物理研究领域中最重要的研究工具之一。锥形光纤光镊工具(TOFTs)是一种重要的光学操控工具，广泛应用于微纳级粒子的捕获和多粒子的操纵，如微粒子的组织、细胞的图案形成等。在典型TOFTs中，采用抛光、热拉和化学蚀刻等制造方法将光纤尖端加工成锥形结构。近年来，人们对锥型光纤光镊的性能进行了大量的研究，实现非接触捕获、双粒子捕获和粒子旋转等。

粒子捕获范围是光镊的重要性能指标之一。扩大粒子捕获范围有促进粒子捕获的实际应用，尤其能对生物化学、生物物理学方面的粒子操控产生巨大影响。而在以往的TOFTs研究中，光纤锥均为直锥：光场在直光纤锥的尖端向自由空间辐射并聚焦形成一个小而强的聚焦，产生一个强大的捕获力。而在直锥侧面的光场是非常微弱的倏逝波，只能对粒子产生微不足道的力。因此，一般情况下，直锥TOFTs只能捕获光纤锥尖端附近的小区域内的粒子。

随着光纤的诞生以及光纤技术的不断发展，光纤光镊的发展也有了很大的进步。基于四芯螺旋光纤的光纤光镊及其制作方法(专利号：CN106094099A) 和一种基于波分复用技术的单光纤光镊(专利号：CN109254346B)是通过调节可调谐光源的出射光参数来控制微粒的捕获及移动。一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊(专利号：CN104698532A)和一种捕获位置横向可调的单光纤光镊(专利号：CN103996423A)是通过调节LP₁₁模光场形成光学势阱对微粒进行捕获。此外，申请人还可以通过改变光纤光镊的结构进行微粒捕获，如用二步法制备的具有二次锥角的光纤光镊探针(专利号：CN109212667A)中，是对光纤采用二次腐蚀获得在一定范围可控的二次锥角，能够提高捕获范围与捕获效率。

但是上述所述的光纤光镊制备过程的工艺难度和工作效率不能同时满足要求，如一种基于波分复用技术的单光纤光镊(专利号：CN109254346B)和一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊(专利号：CN104698532A)，发明中的光纤光镊的制作工艺简单，但是只能实现轴向上或者光纤尖前方的细胞捕获和位置调整，应用范围有限。而一种捕获位置横向可调的单光纤光镊(专利号： CN103996423A)和用二步法制备的具有二次锥角的光纤光镊探针(专利号： CN109212667A)是采用化学腐蚀形成光纤探针，浓度比难以控制使得锥角的度数不易控制，极有可能出现误差。

本发明提出的一种具有稳定捕获功能的环纤芯鸟喙形光纤光镊系统是增强光纤侧面倏逝场的有效方法。该发明中采用特殊工艺改变弯曲锥的曲率半径，能够增强光纤侧面的倏逝场分布，实现在光纤侧面进行多细胞的稳定捕获。与在先技术相比，采用鸟喙形光纤光镊，能够扩大细胞捕获的范围，提高捕获效率，并且可以结合细胞拉曼光谱检测技术对细胞特性进行检测，有助于科研和医学领域的进步。

(三)发明内容

本发明提供了一种具有稳定捕获功能的环纤芯鸟喙形光纤光镊系统，包括鸟喙形光纤探针、940nm激光器、三维调节架、“凸”字形的样品凹槽、拉曼激光源、拉曼检测器以及含倒置显微镜在内的显微成像系统。

本发明的目的在于提供一种具有稳定捕获功能的环纤芯鸟喙形光纤光镊系统，所述光纤光镊可用于多细胞的稳定捕获。

本发明提供了一种具有稳定捕获功能的环纤芯鸟喙形光纤光镊系统，所述光纤光镊是前端为鸟喙形的光纤探针。