专利摘要

本实用新型公开了一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，包括光源(1)、单模光纤(2)、阶跃多模光纤(4)和捕获镊头(6)；光源光耦合注入单模光纤中，单模光纤给阶跃多模光纤斜入射注光，阶跃多模光纤中光线以斜光线的形式螺旋向前传输并构成环形光场，环形光在阶跃多模光纤端面的圆锥台结构全反射汇聚，产生强光阱力。该装置可捕获单细胞及飞升级微液滴，通过斜入射调节装置改变注光角度、位置、间距，实现对细胞的精确捕获、搬运、弹射、筛选等操作。

权利要求

1.一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，其特征在于：包括光源(1)、单模光纤(2)和阶跃多模光纤(4)，阶跃多模光纤的末端设置捕获镊头(6)；光源光耦合注入单模光纤中，单模光纤给阶跃多模光纤斜入射注光，阶跃多模光纤中光线以斜光线的形式螺旋向前传输并构成环形光场，环形光在捕获镊头(6)端面全反射汇聚，产生强光阱力；还包括斜入射调节装置I(3-1)和斜入射调节装置II(3-2)，所述斜入射调节装置II水平夹持阶跃多模光纤，斜入射调节装置I斜方位夹持单模光纤。

2.根据权利要求1所述的一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，其特征在于：所述斜入射调节装置I包括用于调整单模光纤在水平位置上位置的X轴调节部分I、用于调整单模光纤在竖直位上位置的Y轴调节部分I和用于调节单模光纤出射光出射角度的转盘转动调节部分I。

3.根据权利要求2所述的一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，其特征在于：所述斜入射调节装置II包括用于调整阶跃多模光纤的入射段在水平位置上位置的X轴调节部分II、用于调整阶跃多模光纤的入射段在竖直位上位置的Y轴调节部分II和用于调节阶跃多模光纤入射段角度的转盘转动调节部分II。

4.根据权利要求1所述的一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，其特征在于：所述捕获镊头为采用裸光纤研磨技术，对阶跃多模光纤尾端进行加工制成，依次通过涂覆层剥除、切割、研磨、抛光步骤将阶跃多模光纤尾端加工成对称的圆锥台结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，其特征在于：该光纤光镊还包括微操手(5)，所述微操手用于调节多模阶跃光纤末段的位置。

说明书

技术领域

本实用新型属于精准医疗科研实验器材领域，具体涉及一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊。

背景技术

光镊是利用光场强度空间变化形成的梯度力把微粒稳定的捕获在光场最强处，即光束的焦点位置。当激光束移动时就可以带动微粒一起运动，实现对微粒的精密操控。细胞是生命结构和功能的基本单位，光镊用于微米范围内操纵微粒的特点正好符合细胞、亚细胞层次的研究。在20世纪末各种新技术争奇斗艳的角逐中，光镊以它能动态地研究活细胞的独特的功能，显示出耀人眼目的灿烂光芒。传统光镊是基于光学显微镜系统构建的，它通过显微镜物镜将激光光束聚焦，利用聚焦中心附近的梯度力场形成光阱，实现对微粒的捕获和操纵。传统光镊结构复杂，体积庞大，价格昂贵，操作技能要求高，样品移动自由度小，限制了其广泛的应用价值。与基于显微镜的常规光镊系统相比，基于单光纤的微探头式光镊系统结构简单、紧凑，捕陷范围大，操纵灵活，便于调整，可以适应更多的生物细胞和生物分子的光微操作需求，扩大了激光微操纵技术在生命科学中的应用范围，具有广泛的应用前景。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊。该装置可捕获单细胞及飞升级微液滴，通过斜入射调节装置改变注光角度、位置、间距，实现对细胞的精确捕获、搬运、弹射、筛选等操作。

本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，包括光源1、单模光纤2和阶跃多模光纤4，阶跃多模光纤的末端设置捕获镊头6；光源光耦合注入单模光纤中，单模光纤给阶跃多模光纤斜入射注光，阶跃多模光纤中光线以斜光线的形式螺旋向前传输并构成环形光场，环形光在捕获镊头6端面全反射汇聚，产生强光阱力；还包括斜入射调节装置I3-1和斜入射调节装置II3-2，所述斜入射调节装置II水平夹持阶跃多模光纤，斜入射调节装置I斜方位夹持单模光纤。

进一步，所述斜入射调节装置I包括用于调整单模光纤在水平位置上位置的X轴调节部分I、用于调整单模光纤在竖直位上位置的Y轴调节部分I和用于调节单模光纤出射光出射角度的转盘转动调节部分I。

进一步，所述斜入射调节装置II包括用于调整阶跃多模光纤的入射段在水平位置上位置的X轴调节部分II、用于调整阶跃多模光纤的入射段在竖直位上位置的Y轴调节部分II和用于调节阶跃多模光纤入射段角度的转盘转动调节部分II。

进一步，所述捕获镊头为采用裸光纤研磨技术，对阶跃多模光纤尾端进行加工制成，依次通过涂覆层剥除、切割、研磨、抛光步骤将阶跃多模光纤尾端加工成对称的圆锥台结构。

进一步，该光纤光镊还包括微操手5，所述微操手用于调节多模阶跃光纤末段的位置。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：

本实用新型提出了一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，在多模光纤纤芯中利用斜入射的方法消除纤芯中的子午光线，构造完全由斜光线构成的环形光场，采用裸光纤研磨技术在多模光纤端面加工圆锥台结构后，将多模光纤中传输的斜光线组成的环形光场汇聚后，产生光强梯度场，构造成强光阱力单光纤光镊，可以捕获单细胞，亦可捕获飞升级微液滴；通过斜入射调节装置改变注光角度、位置、间距，可以有效改变光镊出射光场的分布及光强等，从而调节捕获点位置及捕获力，进而利用价格低廉的阶跃折射率多模光纤，实现对细胞的精确捕获、搬运、弹射、筛选等操作。本实用新型提出的斜光线环形广场多模光纤光镊，捕获力大，捕获位置可调，在微观粒子的筛选、移动、存储和搬运方面具有极高的应用价值，在精准医疗科研实验领域具有广阔的应用前景。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的整体结构组成示意图；

图2为斜光线在光纤中传输示意图；

图3为斜光线投影于在光纤端面示意图；

图4为斜光线环形光场阶跃多模光纤光镊光场机理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，包括光源1、单模光纤2、斜入射调节装置I3、斜入射调节装置II3-2、阶跃多模光纤4、用于调节阶跃多模光纤出射段位置的微操手5、显微镜7，阶跃多模光纤的末端设置捕获镊头6；光源光耦合通过加装于单模块光纤前端的光耦合透镜注入单模光纤中，用斜入射调节装置I使单模光纤给阶跃多模光纤斜入射注光，阶跃多模光纤中光线以斜光线的形式螺旋向前传输并构成环形光场，环形光在捕获镊头6端面全反射汇聚，产生强光阱力，可捕获单细胞及飞升级微液滴，阶跃多模光纤的入射段的位置由斜入射调节装置II控制，通过斜入射调节装置I、II改变注光角度、位置、间距，可以有效改变光镊出射光场的分布及光强等，在显微镜以及微操手5的辅助下调节捕获点位置及捕获力，进而利用价格低廉的阶跃折射率多模光纤，实现对细胞的精确捕获、搬运、弹射、筛选等操作。

在本实施例中，所述的光源1为980nm激光器，其采用蝶形半导体，结合光纤FBG保证光谱波长稳定，功率连续可调节，耦合至980nm单模光纤后，最大输出功率大于400mW。

在本实施例中，所述的单模光纤2为980nm单模光纤，数值孔径0.2，980nm对应模场直径4.2μm，芯径3.6μm，包层直径125μm，前端通过耦合透镜与980nm光源1耦合。

在本实施例中，所述的斜入射调节装置I、II为两个精密调整架组成，每个调整架均具有X轴、Y轴位移调节台及转盘转动调节部分，转盘上固定有可以插入光纤的毛细钢管及光纤插芯，其中斜入射调节装置II水平夹持多模光纤4，斜入射调节装置I斜方位夹持单模光纤2，通过两侧斜入射调节装置的配合调节，可以有效改变单模光纤向阶跃多模光纤斜入射注光的注光角度、位置与间距，实现对细胞的精确捕获、搬运、筛选等操作；当调节单模光纤与阶跃多模光纤端面正对时，阶跃多模光纤出射光场仅有推力，完成对细胞的弹射。

在本实施例中，所述的阶跃多模光纤4为玻璃包层阶跃折射率多模光纤，数值孔径0.22，光纤芯径105μm，包层直径125μm。

在本实施例中，所述的捕获镊头6为采用裸光纤研磨技术，对阶跃多模光纤4尾端进行加工制成，依次通过涂覆层剥除、切割、研磨、抛光等步骤将多模光纤4尾端加工成对称的圆锥台结构。

下面对单细胞精准检测装置组成部件的制作做进一步说明。

1、捕获镊头制作过程：如图1所示，截取一段长为2m、外包层直径为125μm，纤芯直径105μm的阶跃折射率多模光纤，在其两端利用米勒钳去除涂覆层2cm，用无纺布蘸取酒精擦拭干净，并使用光纤切割刀将其端面切割平整，将切平的阶跃折射率多模光纤夹装在光纤研磨系统上，下压光纤，使其与研磨盘成37.5°的倾角，用8000目砂纸进行光纤自转同步研磨。当研磨深度到34.5μm时，上抬光纤，更换12000目砂纸抛光光纤磨制面2小时，保证光纤斜面完全平整；将980nm激光器激光注入单模光纤，单模光纤斜入射至多模光纤注光，斜入射的方法消除纤芯中的子午光线，如图2所示；构造完全由斜光线构成的环形光场，如图3所示，多模光纤中传输的斜光线组成的环形光场在研磨圆锥台结构反射汇聚后，产生光强梯度场，构造成强光阱力单光纤光镊，可以捕获单细胞，亦可捕获飞升级微液滴，如图4所示。

2、斜入射调节装置操作：截取长2m的980nm单模光纤，利用米勒钳剥除光纤两端涂覆层各2cm，用酒精将光纤包层清洗干净，用光纤切割刀将两端面切割平整，尾端加装耦合透镜与980nm光源1耦合，另一端插入斜入射调节装置I转盘上的毛细钢管及光纤插芯；将研磨好的阶跃折射率多模光纤未研磨端插入斜入射调节装置II转盘上的毛细钢管及光纤插芯，并水平放置；调整斜入射调节装置I单模光纤X轴和Y轴调节台，并旋转转盘，使之斜入射至阶跃多模光纤中，通过两侧调整架的配合调节，可以有效改变单模光纤向阶跃多模光纤斜入射注光的注光角度、位置与间距，实现对细胞的精确捕获、搬运、筛选等操作。

3、实验装置整体：980nm光源光耦合注入单模光纤中，用斜入射调节装置I、II使单模光纤给阶跃多模光纤斜入射注光，阶跃多模光纤中光线以斜光线的形式螺旋向前传输并构成环形光场，环形光在阶跃多模光纤端面的圆锥台结构全反射汇聚，产生强光阱力，可捕获单细胞及飞升级微液滴；通过斜入射调节装置I、II改变注光角度、位置、间距，可以有效改变光镊出射光场的分布及光强等，从而调节捕获点位置及捕获力，进而利用价格低廉的阶跃折射率多模光纤，实现对细胞的精确捕获、搬运、弹射、筛选等操作。可在显微镜下观察光镊对细胞的操作情况。

本实用新型提出的一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊，由单模光纤给多模光纤斜入射注光，多模光纤中光线以斜光线的形式螺旋向前传输，并在多模光纤纤芯端面构成环形光场，采用裸光纤研磨技术在多模光纤端面研磨圆锥台结构，多模光纤纤芯中的环形光场在光纤端面圆锥台结构全反射汇聚，汇聚焦点区域产生强光阱力，可捕获飞升级微液滴及单细胞，用于单细胞精确控制及单细胞微量给药。通过两侧调整架的配合调节，可以有效改变单模光纤向多模光纤斜入射注光的注光角度、位置与间距，用于细胞筛选；当调节单模光纤与多模光纤端面正对时，多模光纤出射光场仅有推力，完成对细胞的弹射。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。