基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置，包括显微镜，显微镜的载物台上设置有微流通道，微流通道由盖玻片和载玻片组成，微流通道内设置有两根光纤，两根光纤外部均套有玻璃毛细管，玻璃毛细管被固定在可调的光线调节架上，其中一根光纤的另一端连接有Y型的光纤耦合器、光电探测器和光纤激光器，光电探测器的另一端连接示波器，另一根光纤的另一端连接有激光器。本发明专利技术还公开了基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的方法，包括如下步骤：1.制备用于捕获和探测的微型光纤探针；2.制作微透镜阵列；3.利用组装好的微透镜来捕获和探测荧光纳米颗粒；4.利用组装好的微透镜来捕获和探测大肠杆菌。

Device and method for optical capture and detection based on photon nano injection array

The invention discloses a device, optical photonic nanojet array capture and detection based on including microscope, the microscope stage is arranged on the micro channel, micro channel flow by the coverslip and slide, microfluidic channels are arranged in two optical fibers, two external fiber are covered with glass capillary, glass capillary was fixed the adjustable light adjusting frame, one of the fiber is connected with the other end of the Y type optical fiber coupler, photoelectric detector and optical fiber laser, the other end is connected with the photoelectric detector oscilloscope, another optical fiber is connected with the other end of the laser. The invention also discloses a method for optical photonic nanojet capture and detection based on array, which comprises the following steps: 1 preparation for capture and detection of micro fiber probe; 2 microlens array fabricated by micro lens; 3 assembled to capture and detection of fluorescent nanoparticles; 4 by micro lens assembled to capture and the detection of Escherichia coli.

【技术实现步骤摘要】
基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法
本专利技术属于光学
，涉及一种基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法。
技术介绍
传统光镊能有效地捕获和探测微米量级的微小粒子，但是由于其存在衍射极限，难以作用于纳米尺度的粒子，特别是无法实现高选择性、高效率和高精度地捕获和探测纳米颗粒及亚波长细胞。等离激元光镊和光子晶体谐振腔利用纳米天线和光子晶体阵列，能有选择性和高效率地捕获和探测纳米粒子，但是容易产生热效应，对纳米颗粒特别是生物细胞造成难以恢复的光损害，而且，这些方法需要复杂的纳米结构和精准的纳米制造工艺。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供一种基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法，解决了现有技术中存在的传统光镊无法高选择性、高效率和高精度地捕获和探测纳米颗粒及亚波长细胞的问题。本专利技术所采用的技术方案是，基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置，包括显微镜，所述显微镜的载物台上设置有微流通道，所述微流通道由盖玻片和载玻片组成，所述微流通道内设置有两根光纤，两根所述光纤外部均套有玻璃毛细管，所述玻璃毛细管被固定在可调的光线调节架上，其中一根所述光纤的另一端连接有Y型的光纤耦合器，所述Y型的光纤耦合器的另外两臂分别连接光电探测器和光纤激光器，所述光电探测器的另一端连接示波器，另一根所述光纤的另一端连接有激光器。本专利技术的特征还在于，所述显微镜的顶部设置有电荷耦合元件，所述电荷耦合元件连接有电脑，所述显微镜的载物台上方设置有物镜。本专利技术的另一技术方案是，基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的方法，具体步骤如下：步骤1：制备用于捕获和探测的微型光纤探针；步骤2：制作微透镜阵列；步骤3：利用组装好的微透镜来捕获和探测荧光纳米颗粒；步骤4：利用组装好的微透镜来捕获和探测大肠杆菌。所述步骤1中的光纤探针由一根标准的多模光纤经熔融拉锥法制备而成，具体制备方法如下：步骤1.1：用光纤剥线钳剥去光纤中间的涂覆层得到一段长为1～2厘米、直径为100～125微米的裸光纤；步骤1.2：将步骤1.1制得的裸光纤套进一个内径为0.9～1.0毫米，壁厚为0.08～0.12毫米，长度为100～150毫米的玻璃毛细管中；步骤1.3：把裸露的光纤水平放置于酒精灯上方的外焰处，在500～550度的条件下，静置35～45秒待光纤达到熔点后，以2毫米每秒的速度将熔融的部分拉细，当拉细的部分在1.6～1.8毫米的长度内直径为40～50微米时，将光纤拿离火焰，在常温下静止100～150秒，再用光纤切割刀将拉细的部分切断，即得光纤探针。所述步骤2中的微透镜阵列为有规则的二维微透镜阵列，具体制作过程如下：步骤2.1：将步骤1制得的光纤竖直地固定在光纤调节架上，使其断面朝上；步骤2.2：用微型移液器将浓度为4.0～5.1×104微粒/微升的聚苯乙烯微透镜悬浮液滴加在光纤端面；步骤2.3：然后往光纤中通入波长为1310～1550纳米，功率为100～150毫瓦的激光；步骤2.4：静置1.5～2.5分钟，微透镜悬浮液的水分被蒸干，微透镜会稳定地粘附在光纤端面，形成一个有规则的微透镜阵列。所述步骤3的具体操作如下：步骤3.1：将步骤2制得的光纤探针-微透镜阵列组合结构套着玻璃毛细管后，固定在可调的光纤调节架上；步骤3.2：移动光纤调节架，将光纤探针的末端伸入微流通道中，并整体置于显微镜载物台上；步骤3.3：用微型移液器吸取1～2毫升的直径180～190纳米荧光纳米颗粒悬浮液滴注入微流通道中；步骤3.4：向步骤1制得的光纤探针中通入功率为50～100毫瓦，波长为750～1064纳米的激光；步骤3.5：将另外一根光纤通过光纤调节架伸入微流通道，与捕获所用的光纤探针水平相对，然后把波长为398纳米的紫外激光通入此光纤中；步骤3.6：在显微镜下实时观察到被捕获的荧光纳米颗粒。所述步骤4的具体操作如下：步骤4.1：用一只微型移液器将微流通道中的荧光纳米颗粒悬浮液吸出，用另一只微型移液器吸取1～2毫升的大肠杆菌悬浮液注入微流通道中；步骤4.2：往光纤探针-微透镜阵列组合结构中通入激光；步骤4.3：在显微镜下观察大肠杆菌细胞被捕获进光子纳米喷射时，后散射信号将会上升一个阶梯，通过观察信号阶梯的个数，实现高精度的细胞探测和计数。所述步骤4.1中大肠杆菌悬浮液是由直径为380～420纳米，长度为2.0～2.6微米的大肠杆菌细胞用溶原性肉汤培养基在室温下培养，然后用磷酸缓冲液清洗并稀释至7.5～8.1×104个每微升得到。本专利技术的有益效果是1.此光学捕获和探测的方法利用高度汇聚的光子纳米喷射阵列，突破传统方法的衍射极限，实现对纳米粒子的高选择性、高效率和高精度的光学捕获和探测。2.此专利技术仅仅需要一根微型的光纤和一个微透镜阵列，避免了复杂的纳米结构和漫长的纳米制造过程，因此该装置结构简单、操作灵活。3.该方法所需要的光功率比传统的方法低1-2个数量级，因此不会产生热效应，对生物样品也不会产生伤害。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法的装置图；图2是本专利技术基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法的实施例中微透镜阵列图；其中，a为一根光纤探针端面组装了60个微透镜的光学显微照片图，b为一根光纤探针端面组装了130个微透镜光学显微照片图，c为光子纳米喷射阵列捕获纳米颗粒和细胞的示意图，d为荧光纳米颗粒的扫描电子显微镜照片图，e为荧光纳米颗粒的荧光照片图，f为大肠杆菌的扫描电子显微镜照片图。图3是本专利技术基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法的实施例中捕获和探测纳米颗粒的实验结果图；其中，a为光子纳米喷射阵列捕获荧光纳米颗粒的实验照片图，b为光子纳米喷射阵列捕获大肠杆菌的实验照片图，c为捕获纳米颗粒过程中的后散射光信号图，d为对后散射光信号的每个阶梯进行高斯拟合的统计图。图4是本专利技术基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置及方法的实施例中捕获和探测纳大肠杆菌的实验结果图。其中，a为光子纳米喷射阵列捕获700纳米的颗粒和推动2微米的颗粒的实验照片图，b为2微米的颗粒被推动得更远的实验照片图，c为700纳米颗粒和2微米的颗粒运动的距离随时间的关系图，d为光子纳米喷射阵列捕获血液中的大肠杆菌和推动血红细胞的实验照片图，e为血红细胞被推动得更远的实验照片图，f为往光纤中通入紫外光将被捕获的大肠杆菌杀死的实验照片图，g为被捕获的大肠杆菌被全部杀死所用的时间与光功率之间的关系图。其中，1.光纤耦合器，2.光电探测器，3.示波器，4.激光器，5.光纤，6.光纤激光器，7.电荷耦合元件，8.显微镜，9.物镜，10.电脑，11.玻璃毛细管，12.微流通道，13.盖玻片，14.载玻片，15.光纤调节架，16.载物台。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置，其特征在于，包括显微镜(8)，所述显微镜(8)的载物台(16)上设置有微流通道(12)，所述微流通道(12)由盖玻片(13)和载玻片(14)组成，所述微流通道(12)内设置有两根光纤(5)，两根所述光纤(5)外部均套有玻璃毛细管(11)，所述玻璃毛细管(11)被固定在可调的光纤调节架(15)上，其中一根所述光纤(5)的另一端连接有Y型的光纤耦合器(1)，所述Y型的光纤耦合器(1)的另外两臂分别连接光电探测器(2)和光纤激光器(6)，所述光电探测器(2)的另一端连接示波器(3)，另一根所述光纤(5)的另一端连接有激光器(4)。

【技术特征摘要】
1.基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置，其特征在于，包括显微镜(8)，所述显微镜(8)的载物台(16)上设置有微流通道(12)，所述微流通道(12)由盖玻片(13)和载玻片(14)组成，所述微流通道(12)内设置有两根光纤(5)，两根所述光纤(5)外部均套有玻璃毛细管(11)，所述玻璃毛细管(11)被固定在可调的光纤调节架(15)上，其中一根所述光纤(5)的另一端连接有Y型的光纤耦合器(1)，所述Y型的光纤耦合器(1)的另外两臂分别连接光电探测器(2)和光纤激光器(6)，所述光电探测器(2)的另一端连接示波器(3)，另一根所述光纤(5)的另一端连接有激光器(4)。2.根据权利要求1所述的基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的装置，其特征在于，所述显微镜(8)的顶部设置有电荷耦合元件(7)，所述电荷耦合元件(7)连接有电脑(10)，所述显微镜(8)的载物台(16)上方设置有物镜(9)。3.基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：制备用于捕获和探测的微型光纤探针；步骤2：制作微透镜阵列；步骤3：利用组装好的微透镜来捕获和探测荧光纳米颗粒；步骤4：利用组装好的微透镜来捕获和探测大肠杆菌。4.根据权利要求3所述的基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的方法，其特征在于，所述步骤1中的光纤探针由一根标准的多模光纤经熔融拉锥法制备而成，具体制备方法如下：步骤1.1：用光纤剥线钳剥去光纤中间的涂覆层得到一段长为1～2厘米、直径为100～125微米的裸光纤；步骤1.2：将步骤1.1制得的裸光纤套进一个内径为0.9～1.0毫米，壁厚为0.08～0.12毫米，长度为100～150毫米的玻璃毛细管中；步骤1.3：把裸露的光纤水平放置于酒精灯上方的外焰处，在500～550度的条件下，静置35～45秒待光纤达到熔点后，以2毫米每秒的速度将熔融的部分拉细，当拉细的部分在1.6～1.8毫米的长度内直径为40～50微米时，将光纤拿离火焰，在常温下静止100～150秒，再用光纤切割刀将拉细的部分切断，即得光纤探针。5.根据权利要求3所述的基于光子纳米喷射阵列的光学捕获和探测的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝军，雷宏香，李宇超，张垚，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44