[发明专利]一种测量荧光物质微位移的纳流通道-谐振腔耦合结构

说明书

本发明属于荧光检测领域，为了解决现有技术中荧光物质微位移和移动速度难以准确测量的问题，提供了一种测量荧光物质微位移的纳流通道‑谐振腔耦合结构，包括纳流通道、环形谐振腔和波导，所述纳流通道和波导分别设置在环形谐振腔的两侧，且所述纳流通道内填充含有荧光物质的生物溶液。本发明结构简单，可以应用于荧光物质微位移及移动速度检测领域。

技术领域

本发明属于荧光检测领域，具体涉及一种测量荧光物质微位移的纳流通道-环形谐振腔耦合结构，其可以应用于荧光物质微位移及移动速度检测领域。

背景技术

荧光标记检测技术因其便捷的操作以及灵敏度高等优点，被广泛的应用于生命科学领域。量子点因其具有传统荧光染料无法比拟的优点，如宽带激发窄带发射、发光强度高、生物相容性好、光稳定性好等优点，被广泛应用在荧光标记检测中。而量子点的实时跟踪将有助于在微米和纳米尺度上详细研究其扩散和分散特点、对研究微生物的流动以及微纳流动器件内部溶液流动行为等具有重要的意义。

对于荧光物质微位移和移动速度的测量，有不同的测量方法，L Cui等人利用光电结合的方法，通过使用微电极阵列使荧光粒子发生运动，并使用两个嵌入式光纤探测荧光强度变化，实现对荧光物质的监测和移动速度的测量。但这种方法受限于两个嵌入式光纤的间距，没有实现荧光物质速度的实时测量。

粒子图像测速（PIV），作为一种常用的测粒子移动和溶液速度场的方法，被广泛使用。Santiago和Meinhart等人使用100-300纳米直径的荧光标记的聚合物颗粒去测量得到粒子位移信息和溶液的速度场信息，该方法使用激光直接激发荧光示踪粒子，受成像系统景深的影响，其观测厚度较大，限制了分辨率。然后Zettner、Jin、Sadr等人利用光在两种不同折射率的介质之间发生全反射产生的倏逝波去激发荧光颗粒。此种方法实现了近壁测量，减少了观测厚度，提高了分辨率。但是此种方法使用的荧光颗粒直径100-300纳米之间，和倏逝场一个量级，甚至比倏逝场的范围还大，再加上较大的荧光粒子和流体可能会存在相互作用，都会影响最后测量结果的精度，不能很好的反映溶液真实的流动特性。ShahramPouya等人利用全内反射倏逝波激发小尺寸的量子点的方式，再通过成像系统进行连续成像，最终，把得到的图像进行整合，得到粒子的移动轨迹，从而也可得出粒子的移动速度等信息。同样这种方式可以实现对粒子监测和流速的测量。但是对于极小的示踪粒子，由于荧光强度不高且向各个方向传播的特点，要可靠地对粒子成像，需要数毫秒的曝光时间，但是在相机曝光期间的粒子运动可能导致图像的模糊。且粒子图像测速的精确度也受到后期图像处理的影响，并且其测量系统较为复杂。

谐振腔结构简单，且由于其具有高Q值、小的模式体积和强的倏逝场，因此对于周围环境介质的改变十分的敏感，在传感领域中被广泛应用。很多研究小组利用环形谐振腔的特性，开发出了不同的传感器，如折射率/浓度传感器、温度传感器等，并实现了微小颗粒有无和大小的检测。但目前还未有将谐振腔应用到荧光物质位移和移动速度测量的微纳结构中的报道。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提出一种结构简单、可实时准确测量荧光物质微位移的纳流通道-谐振腔耦合结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种测量荧光物质微位移的纳流通道-谐振腔耦合结构，包括纳流通道、环形谐振腔和波导，所述纳流通道和波导分别设置在环形谐振腔的两侧，且所述纳流通道内填充含有荧光物质的生物溶液。

所述纳流通道、环形谐振腔和波导的折射率为2.8~3.3。

所述纳流通道宽度d1为50~150nm，两侧壁厚50~75nm，总宽度d5为150~300nm。

所述纳流通道内填充的生物溶液的折射率为1.33~1.5。

所述生物溶液中荧光物质为量子点、荧光染料或上转换纳米粒子，所述荧光物质与环形谐振腔的中心的水平距离为0~1μm。