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原文传递一种具有非等边棱锥形光纤端结构的多芯光纤细胞传感器

专利名称：	一种具有非等边棱锥形光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非等边棱锥形光纤端结构的多芯光纤细胞传感。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，该光纤端被抛磨成非等边棱锥形结构，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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广西;45
申请人：	桂林电子科技大学
发明人：	苑婷婷;张晓彤;苑立波
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910138175.1
公开号：	CN109946271A
分类号：	G01N21/64(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	541004 广西壮族自治区桂林市桂林金鸡路1号
主权项：	1.具有非等边棱锥形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，该光纤端被抛磨成非等边棱锥形，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5-2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1×2耦合器5-1衰减器4-1和4-2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非等边棱锥形光纤端结构的光纤光镊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。 2.一种应用于具有非等边棱锥形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所述的具有非等边棱锥形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对称结构的五芯光纤或者非对称结构的五芯光纤，也可以是一种具有中间纤芯的七芯光纤。 4.根据权利要求1所述的具有非等边棱锥形纤端结构的多芯光纤及其光纤细胞传感器。系统中所涉及的细胞捕获功能，其特征是：纤端成非等边棱锥形结构，所以每对芯会形成两个或多个光束焦点，又因为细胞和细胞内微球不是同心球位置分布，所以多个焦点的存在可以对细胞和微球分别实现捕获和激发的功能，使对完成被捕获细胞内激发光与微球方位准确耦合更容易实现。 5.根据权利要求1所述的具有非等边棱锥形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。 6.根据权利要求2所述的一种应用于具有非等边棱锥形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。 7.一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非等边棱锥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。
所属类别：	发明专利