[发明专利]具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器

摘要

本发明提供的是一种具有锥体圆台纤端结构的多芯光纤细胞传感器系统。该“光纤‑细胞”传感器系统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。细胞内部微球光学谐振腔的输出光谱对细胞内部细胞液等环境物理参量微弱的变化非常敏感，可以通过多芯锥体光纤的激光输出信号得到放大测量。本发明可用于单细胞捕获、细胞激光光谱测量，可广泛用于单细胞操纵、传感、测量及分析技术领域。

主权项

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。