[发明专利]基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片

说明书

本发明公开了一种基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导结构同轴依次排列，免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构同轴依次排列，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导的轴线与免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构的轴线夹角为6°‑‑9°。微流控芯片前端实现具有自我修复束型能力的不易发生衍射的准贝塞尔光束波导结构，解决入射光束发散角控制问题，提高微流控芯片内细胞散射前向小角度重要光信息的信噪比；在微流控芯片接收端设计免标记细胞散射接收波导结构，能够将某一角度散射信号精准导出并聚焦，实现高精度的微流控系统内的免标记细胞识别与分类。

技术领域

本发明属于免标记细胞散射检测研究领域，涉及基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片。

背景技术

微流控芯片是细胞检测的重要工具，广泛应用于临床血液诊断，免疫生物学等。目前，常规的微流控细胞检测技术，多采用荧光标记方法。由于荧光染料具有毒性等问题，导致对细胞活性、生物功能及状态产生不可逆的影响，无法满足药物敏感实验，病变状态追踪等后续研究与应用的需要。故此，基于微流控系统的免标记细胞对散射检测方法成为近年来的研究热点。细胞的光学散射信息蕴含大量细胞的生物、物理特征。不同角度的散射信息与细胞的各类特征均有密切的联系，例如前向小角度散射信息与细胞的粒度关系密切，侧向散射信息可以反映细胞的内部组成。然而，细胞的散射信号极其微弱，非常容易受到外界噪声的干扰。发散入射光束的泄露是导致细胞散射信噪比大幅度下降，乃至被淹没的主要问题。目前公开的免标记散射测量的入射光束主要采用空间线性光束调制方法，入射光束的发散角控制效果较差，特别在采用光纤系统测量时，极易导致散射信号被淹没的现象。

发明内容

本发明的目的为了克服上述现有技术不足，提出基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，采用微纳光波导制造技术，在微流控芯片内实现准贝塞尔光束的非线性入射光场发散调控，在微流控芯片前端设计并实现具有自我修复束型能力的不易发生衍射的准贝塞尔光束波导结构，从而解决入射光束发散角控制问题，提高微流控芯片内细胞散射前向小角度重要光信息的信噪比。在微流控芯片接收端设计免标记细胞散射接收波导结构，能够将某一角度散射信号精准导出并聚焦，实现高精度的微流控系统内的免标记细胞识别与分类。

本发明采用如下技术方案实现：

基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，包括入射光纤耦合波导结构、准贝塞尔光束调控波导结构、微流体入口和出口端、流体聚焦微通道结构、免标记细胞散射接收波导结构、采集光纤定位结构，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导结构同轴依次排列，免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构同轴依次排列，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导的轴线与免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构的轴线夹角为6°到9°中的选择测量角度。

准贝塞尔光束调控波导结构包括依次排列的准贝塞尔光束前棱角结构、后棱角结构，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角和后棱角，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本。

免标记细胞散射接收波导结构包括依次排列的散射测量波导结构、散射测量聚焦微透镜，散射测量波导结构、散射测量聚焦微透镜的轴线与依次排列的前棱角结构、后棱角结构轴线夹角为6°--9°，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角和后棱角，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本，产生的散射光由散射测量波导结构前端面接收，经由散射测量波导结构的波导传递至后端面的散射测量聚焦微透镜聚焦。