CN115437091B - 一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统 - Google Patents
一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115437091B CN115437091B CN202211061960.XA CN202211061960A CN115437091B CN 115437091 B CN115437091 B CN 115437091B CN 202211061960 A CN202211061960 A CN 202211061960A CN 115437091 B CN115437091 B CN 115437091B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dispersion
- time domain
- optical fiber
- layer structure
- focusing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 102
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 62
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 66
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 60
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 14
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 13
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 3
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 claims 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12002—Three-dimensional structures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
- G02B7/1805—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for prisms
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12085—Integrated
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12102—Lens
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12111—Fibre
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12114—Prism
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明属于成像流式检测技术领域，公开了一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统。本发明将用于实现时域拉伸显微成像的若干光学元件集成至微流控芯片上，具有高集成度，能够极大地降低时域拉伸成像系统的体积，结构简单、便于制造、成本低廉，且能够简化安装调试过程。时域拉伸显微成像流式检测芯片结合飞秒激光器、光纤耦合器、色散光纤、多模光纤、光电探测器、示波器、计算机、检测样本输入组件能够形成一套完整的时域拉伸成像系统，有利于大规模的部署应用，同时具有相当的成像质量。
Description
技术领域
本发明属于成像流式检测技术领域，更具体地，涉及一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统。
背景技术
现有的时域拉伸成像系统涉及的光学系统复杂，需要用到大量的光学元件，例如透镜、物镜、光栅等，导致整套系统的体积庞大，成本高昂，不利于大规模的部署应用。此外，在应用时需要逐个器件进行安装调试，过程复杂。如何提高时域拉伸成像系统的集成度，缩小系统体积、降低成本、简化安装调试过程是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
本发明通过提供一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统，解决现有技术中时域拉伸成像系统的体积较大、集成度较低的问题。
本发明提供一种时域拉伸显微成像流式检测芯片，包括：上层结构和下层结构；
所述上层结构的左右两端均设置有一个光纤插槽，位于左端的光纤插槽用于对插接的色散光纤进行定位，且该光纤插槽与第一空腔连通，所述第一空腔中设置有第一矩形柱；位于右端的光纤插槽用于对插接的多模光纤进行定位，且该光纤插槽与第二空腔连通；所述第一空腔与所述第二空腔之间设置有流体腔室；
所述下层结构包括基板和设置于所述基板上的器件层，所述基板在与所述流体腔室对应的区域设置有流体通孔；所述器件层包括位于所述流体通孔左侧的第一器件单元和位于所述流体通孔右侧的第二器件单元；
所述第一器件单元包括沿光路依次设置的第一聚焦准直组件、第二矩形柱、第一色散组件和聚焦组件；所述第二器件单元包括沿光路依次设置的准直组件、第二色散组件和第二聚焦准直组件；
所述上层结构和所述下层结构对准键合后，所述第一器件单元封装于所述第一空腔内，所述第一矩阵柱和所述第二矩形柱形成线形光阑，所述第二器件单元封装于所述第二空腔内，所述流体通孔与所述流体腔室形成流体通道；
所述第一聚焦准直组件用于对经所述色散光纤出射的激光进行聚焦和准直，所述线形光阑用于将聚焦准直后的激光整型为一维空间光束，所述第一色散组件用于对一维空间光束在空间上进行色散和补偿，所述聚焦组件用于对光束进行聚焦并使聚焦后的光束的束腰覆盖所述流体通道；所述流体通道用于容纳检测样本；所述准直组件用于对携带样本信息的光束进行准直，所述第二色散组件用于对色散光束进行负补偿并将色散光束复合，所述第二聚焦准直组件用于将复合后的光束进行聚焦并耦合进所述多模光纤。
优选的，所述第一聚焦准直组件包括第一球面透镜和第二球面透镜；所述第一球面透镜用于对经所述色散光纤出射的激光进行聚焦，所述第二球面透镜用于对聚焦后的激光进行准直；
所述第一色散组件包括第一色散棱镜和第二色散棱镜；所述第一色散棱镜用于对一维空间光束在空间上进行色散；所述第二色散棱镜用于对色散光束进行补偿，使光束在空间上的色散达到最高波长与最低波长在空间上互不干涉；
所述聚焦组件采用第一柱面透镜，所述第一柱面透镜使聚焦后的光束的束腰覆盖整个所述流体通道；
所述准直组件采用第二柱面透镜；
所述第二色散组件包括第三色散棱镜和第四色散棱镜；所述第三色散棱镜用于对色散光束进行负补偿；所述第四色散棱镜用于将色散光束复合；
所述第二聚焦准直组件包括第三球面透镜和第四球面透镜；所述第三球面透镜用于将光束聚焦，所述第四球面透镜用于将聚焦后的光束耦合进所述多模光纤。
优选的，所述上层结构采用对激光透明的材料制备而成，所述第一矩形柱在所述对激光透明的材料的基础上利用对激光不透明的染料进行处理，使得所述第一矩形柱具有对激光不透明的性质。
优选的，所述基板采用不透光的塑性材料制备而成，所述器件层采用透光的塑性材料制备而成。
优选的，所述上层结构、所述下层结构上均设置有对齐标志物，所述上层结构、所述下层结构通过所述对齐标志物进行对准键合。
优选的，所述上层结构的四个角分别设置有凹陷的对齐标志物，所述下层结构的对齐标志物设置于所述基板上，所述下层结构的四个对齐标志物与所述上层结构的四个对齐标志物的位置、形状分别对应。
另一方面，本发明提供一种时域拉伸成像系统，包括：飞秒激光器、光纤耦合器、色散光纤、上述的时域拉伸显微成像流式检测芯片、多模光纤、光电探测器、示波器、计算机、检测样本输入组件；
所述飞秒激光器用于产生飞秒脉冲；
所述光纤耦合器用于将所述飞秒脉冲耦合至所述色散光纤；
所述色散光纤用于将所述飞秒脉冲在时域上进行拉伸；
所述检测样本输入组件用于将检测样本传输至所述流体通道的中心区域；
所述多模光纤用于收集通过所述时域拉伸显微成像流式检测芯片后的光信号，并传输至所述光电探测器；
所述光电探测器用于将所述光信号转换为模拟电信号；
所述示波器用于将所述模拟电信号转换为数字电信号；
所述计算机用于对所述数字电信号进行处理，得到成像信息。
优选的，所述检测样本输入组件包括：第一注射泵、纺丝金属针管和第二注射泵；
所述第一注射泵用于装载鞘液，所述第一注射泵与所述纺丝金属针管的包层入口连通；所述第二注射泵用于装载样本，所述第二注射泵与所述纺丝金属针管的芯层入口连通；所述纺丝金属针管垂直插入至所述时域拉伸显微成像流式检测芯片的所述流体通道中，被鞘液包裹的样本作为所述检测样本。
优选的，所述时域拉伸成像系统还包括：废液收集装置，所述废液收集装置与所述时域拉伸显微成像流式检测芯片中的所述流体通道的出口连通，用于收集检测完成后的废液。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明将用于实现时域拉伸显微成像的若干光学元件集成至微流控芯片上，具有高集成度，能够极大地降低时域拉伸成像系统的体积，结构简单、便于制造、成本低廉，且能够简化安装调试过程。时域拉伸显微成像流式检测芯片结合飞秒激光器、光纤耦合器、色散光纤、多模光纤、光电探测器、示波器、计算机、检测样本输入组件能够形成一套完整的时域拉伸成像系统，有利于大规模的部署应用，同时具有相当的成像质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种时域拉伸显微成像流式检测芯片的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种时域拉伸显微成像流式检测芯片的上层结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种时域拉伸显微成像流式检测芯片的下层结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种时域拉伸成像系统的结构示意图。
其中，101-对齐标志物、102-第一球面透镜、103-第二球面透镜、104-线形光阑、105-第一色散棱镜、106-第二色散棱镜、107-第一柱面透镜、108-流体通道、109-第二柱面透镜、110-第三色散棱镜、111-第四色散棱镜、112-第三球面透镜、113-第四球面透镜、114-光纤插槽；
401-飞秒激光器、402-光纤耦合器、403-色散光纤、404-时域拉伸显微成像流式检测芯片、405-多模光纤、406-光电探测器、407-示波器、408-计算机、409-第一注射泵、410-纺丝金属针管、411-第二注射泵。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
实施例1提供一种时域拉伸显微成像流式检测芯片，参见图1至图4，包括：上层结构和下层结构。
所述上层结构的左右两端均设置有一个光纤插槽114，位于左端的光纤插槽114用于对插接的色散光纤403进行定位，且该光纤插槽114与第一空腔连通，所述第一空腔中设置有第一矩形柱；位于右端的光纤插槽114用于对插接的多模光纤405进行定位，且该光纤插槽114与第二空腔连通；所述第一空腔与所述第二空腔之间设置有流体腔室。
所述下层结构包括基板和设置于所述基板上的器件层，所述基板在与所述流体腔室对应的区域设置有流体通孔；所述器件层包括位于所述流体通孔左侧的第一器件单元和位于所述流体通孔右侧的第二器件单元。
所述第一器件单元包括沿光路依次设置的第一聚焦准直组件、第二矩形柱、第一色散组件和聚焦组件；所述第二器件单元包括沿光路依次设置的准直组件、第二色散组件和第二聚焦准直组件。
所述上层结构和所述下层结构对准键合后，所述第一器件单元封装于所述第一空腔内，所述第一矩阵柱和所述第二矩形柱形成线形光阑104，所述第二器件单元封装于所述第二空腔内，所述流体通孔与所述流体腔室形成流体通道108。
所述第一聚焦准直组件用于对经所述色散光纤403出射的激光进行聚焦和准直，所述线形光阑104用于将聚焦准直后的激光整型为一维空间光束，所述第一色散组件用于对一维空间光束在空间上进行色散和补偿，所述聚焦组件用于对光束进行聚焦并使聚焦后的光束的束腰覆盖所述流体通道108；所述流体通道108用于容纳检测样本；所述准直组件用于对携带样本信息的光束进行准直，所述第二色散组件用于对色散光束进行负补偿并将色散光束复合，所述第二聚焦准直组件用于将复合后的光束进行聚焦并耦合进所述多模光纤405。
具体的，所述第一聚焦准直组件包括第一球面透镜102和第二球面透镜103；所述第一球面透镜102用于对经所述色散光纤403出射的激光进行聚焦，所述第二球面透镜103用于对聚焦后的激光进行准直。所述第一色散组件包括第一色散棱镜105和第二色散棱镜106；所述第一色散棱镜105用于对一维空间光束在空间上进行色散；所述第二色散棱镜106用于对色散光束进行补偿，使光束在空间上的色散达到最高波长与最低波长在空间上互不干涉。所述聚焦组件采用第一柱面透镜107，所述第一柱面透镜107使聚焦后的光束的束腰覆盖整个所述流体通道108。所述准直组件采用第二柱面透镜109。所述第二色散组件包括第三色散棱镜110和第四色散棱镜111；所述第三色散棱镜110用于对色散光束进行负补偿；所述第四色散棱镜111用于将色散光束复合。所述第二聚焦准直组件包括第三球面透镜112和第四球面透镜113；所述第三球面透镜112用于将光束聚焦，所述第四球面透镜113用于将聚焦后的光束耦合进所述多模光纤。
此外，所述上层结构、所述下层结构上均设置有所述对齐标志物101，所述上层结构和所述下层结构通过所述对齐标志物101对准键合。具体的，所述上层结构的四个角分别设置有凹陷的对齐标志物，所述下层结构的对齐标志物设置于所述基板上，所述下层结构的四个对齐标志物与所述上层结构的四个对齐标志物的位置、形状分别对应。例如，四个角分别设置有x形和三角形的对齐标志物。
所述上层结构选用对激光透明的材料(例如，PDMS、PMMA、PUA、玻璃等)制备而成，所述第一矩形柱在所述对激光透明的材料的基础上利用对激光不透明的染料进行处理，使得所述第一矩形柱具有对激光不透明的性质。
所述基板采用不透光的塑性材料制备而成，所述器件层采用透光的塑性材料制备而成。
下面结合参数做进一步的举例说明。
所述上层结构的左端设置有截面为125μm*125μm的一个光纤插槽114，用于固定及定位所述色散光纤403。该光纤插槽114的末端设置有高度为125μm的矩形的第一空腔，用于封装所述下层结构中位于左侧的球面透镜、柱面透镜、光栅结构。所述第一空腔中设有高度为62μm的第一矩形柱，所述第一矩形柱通过对激光不透明的染料(例如，碳素墨水，黑色染料等)处理，具有对激光不透明的性质。所述第一空腔的右侧设有矩形的流体腔室，用于与所述下层结构中的流体通孔共同形成所述流体通道108。例如，通过圆形打孔器对所述流体通道108的底部打圆孔，用于垂直安装纺丝金属针管。所述流体腔室的右侧设有矩形的第二空腔，用于封装下层结构中位于右侧的球面透镜、柱面透镜、光栅结构。所述第二空腔右侧设有截面为125μm*125μm的另一个光纤插槽114，用于安装所述多模光纤405。
所述下层结构由不透光的塑性衬底和透光的塑性材料(例如，PMMA、PUA、玻璃等)组成，选用透光的塑性材料制备器件层能够确保激光在芯片中传输并且具有较低损耗。组成所述器件层的各光学元件的折射率优选大于1.5，能够使光学元件在相同曲率半径下具有更小的焦距，从而实现更高的集成度。此外，所述器件层优选采用色散能力较好(即色散系数较小)的材料制备得到，能够将连续光谱的光线色散在空间上(直线)依次分布，相较于色散能力比较弱的材料，采用色散能力强的材料能够使长波长和短波长之间的色散角度较大，进而能够在更小的空间内使色散的光线区分开，能够减小芯片尺寸。
所述下层结构的左侧区域设有所述第一球面透镜102，该透镜是高度为125μm的矩形柱体，且两侧分别设有球面实体，可以实现光线聚焦；所述第一球面透镜102的右侧设有所述第二球面透镜103，该透镜是高度为125μm的矩形柱体，且两侧分别设有球面实体，该球面曲率小于所述第一球面透镜102，可以对聚焦光线准直。
所述上层结构中位于左端的所述光纤插槽114的中心与所述第一球面透镜102及所述第二球面透镜103同轴对准，为了便于说明，该轴线后称为基准轴线。
所述第二球面透镜103的右侧设有高度为62μm的第二矩形柱，所述第二矩形柱对激光不透明，与所述上层结构中高度为62μm的第一矩形柱对准配合，组装形成1μm宽的所述线形光阑104。
所述第二矩形柱的右端设有高度为125μm的所述第一色散棱镜105，所述第一色散棱镜105的三棱柱截面为等边三角形，三棱柱侧面与基准轴线的夹角略小于临界角(例如，三棱柱侧面与基准轴线的夹角为0.90～0.99倍临界角)，可以实现最大的色散。
所述第一色散棱镜105的右端设有所述第二色散棱镜106，所述第二色散棱镜106的三棱柱侧面与色散光线中心波长的入射角略小于临界角(例如，入射角为0.90～0.99倍临界角)，所述第二色散棱镜106可以实现色散补偿使光束在空间上的色散达到最大波长与最小波长在空间上刚好互相不干涉。
所述第二色散棱镜106的右端设有所述第一柱面透镜107，该透镜的高度为125μm，且两侧面为二次抛物面的实体，所述第一柱面透镜107对经过空间色散的一维空间光束进行聚焦，使得光束的束腰覆盖整个所述流体通道108的截面，当样本流经一维空间光束覆盖的检测窗口，样本对光线的散射吸收将改变该光束的时空分布及强度。
所述流体通道108的末端设置有流体出口，流体出口连接塑料管，以将废液输出至废液收集装置。
所述第一柱面透镜107的右侧同轴设置有所述第二柱面透镜109，用于将透过流体通道的光线(即携带样本信息的光束)准直。
所述第二柱面透镜109的右侧设有所述第三色散棱镜110和所述第四色散棱镜111，上述棱镜分别与所述第一色散棱镜105和所述第二色散棱镜106关于所述流体通道108左右对称，可以使色散光线复合。
所述第四色散棱镜111的右端设有所述第三球面透镜112，可以对合束光线进行聚焦，所述第三球面透镜112的右端设有所述第四球面透镜113，用于将光线耦合进所述多模光纤405。所述第三球面透镜112和所述第四球面透镜113与所述上层结构中的所述光纤插槽114的轴心同轴。
所述上层结构与所述下层结构对准键合后，所述下层结构中球面透镜、色散棱镜、柱面镜与所述上层结构的空腔底部完全贴合，所述流体通道108及空腔外层的实体与所述下层结构的基板完全贴合。
在实施例1的基础上结合其他器件可以构成时域拉伸成像系统，得到实施例2。
实施例2：
实施例2提供一种时域拉伸成像系统，参见图4，包括：飞秒激光器401、光纤耦合器402、色散光纤403、上述的时域拉伸显微成像流式检测芯片404、多模光纤405、光电探测器406、示波器407、计算机408、检测样本输入组件。
其中，所述飞秒激光器401用于产生飞秒脉冲；所述光纤耦合器402用于将所述飞秒脉冲耦合至所述色散光纤403；所述色散光纤403的一端定位并固定在所述时域拉伸显微成像流式检测芯片404一侧的光纤插槽中，所述色散光纤403用于将所述飞秒脉冲在时域上进行拉伸，经过时域拉伸后的脉冲激光通过所述色散光纤403的末端射入所述时域拉伸显微成像流式检测芯片404。所述检测样本输入组件用于将检测样本传输至所述流体通道的中心区域；所述多模光纤405用于收集通过所述时域拉伸显微成像流式检测芯片404后的光信号，并传输至所述光电探测器406；所述光电探测器406用于将所述光信号转换为模拟电信号；所述示波器407用于将所述模拟电信号转换为数字电信号；所述计算机408用于对所述数字电信号进行处理，得到成像信息。
所述检测样本输入组件包括：第一注射泵409、纺丝金属针管410和第二注射泵411。所述第一注射泵409用于装载鞘液，所述第一注射泵409与所述纺丝金属针管410的包层入口连通，具体的，位于所述第一注射泵409末端的针头与所述纺丝金属针管410的包层入口通过塑料管连接。所述第二注射泵411用于装载样本，所述第二注射泵411与所述纺丝金属针管410的芯层入口连通，具体的，位于所述第二注射泵411末端的针头与所述纺丝金属针管410的芯层入口通过塑料管连接。所述纺丝金属针管410垂直插入至所述时域拉伸显微成像流式检测芯片404的所述流体通道中，被鞘液包裹的样本作为所述检测样本。即所述流体通道中样本被鞘液包裹，并聚焦在所述流体通道的中心。
此外，所述时域拉伸成像系统还可包括：废液收集装置，所述废液收集装置与所述时域拉伸显微成像流式检测芯片404中的所述流体通道的出口连通，用于收集检测完成后的废液。具体的，所述流体通道的末端设置有流体出口，通过塑料管连接将废液集中至所述废液收集装置。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种时域拉伸显微成像流式检测芯片，其特征在于，包括：上层结构和下层结构；
所述上层结构的左右两端均设置有一个光纤插槽，位于左端的光纤插槽用于对插接的色散光纤进行定位，且该光纤插槽与第一空腔连通，所述第一空腔中设置有第一矩形柱；位于右端的光纤插槽用于对插接的多模光纤进行定位，且该光纤插槽与第二空腔连通；所述第一空腔与所述第二空腔之间设置有流体腔室；
所述下层结构包括基板和设置于所述基板上的器件层，所述基板在与所述流体腔室对应的区域设置有流体通孔；所述器件层包括位于所述流体通孔左侧的第一器件单元和位于所述流体通孔右侧的第二器件单元；
所述第一器件单元包括沿光路依次设置的第一聚焦准直组件、第二矩形柱、第一色散组件和聚焦组件；所述第二器件单元包括沿光路依次设置的准直组件、第二色散组件和第二聚焦准直组件；
所述上层结构和所述下层结构对准键合后，所述第一器件单元封装于所述第一空腔内，所述第一矩形柱和所述第二矩形柱形成线形光阑，所述第二器件单元封装于所述第二空腔内，所述流体通孔与所述流体腔室形成流体通道；
所述第一聚焦准直组件用于对经所述色散光纤出射的激光进行聚焦和准直，所述线形光阑用于将聚焦准直后的激光整型为一维空间光束，所述第一色散组件用于对一维空间光束在空间上进行色散和补偿，所述聚焦组件用于对光束进行聚焦并使聚焦后的光束的束腰覆盖所述流体通道；所述流体通道用于容纳检测样本；所述准直组件用于对携带样本信息的光束进行准直，所述第二色散组件用于对色散光束进行负补偿并将色散光束复合，所述第二聚焦准直组件用于将复合后的光束进行聚焦并耦合进所述多模光纤；
所述第一聚焦准直组件包括第一球面透镜和第二球面透镜；所述第一球面透镜用于对经所述色散光纤出射的激光进行聚焦，所述第二球面透镜用于对聚焦后的激光进行准直；
所述第一色散组件包括第一色散棱镜和第二色散棱镜；所述第一色散棱镜用于对一维空间光束在空间上进行色散；所述第二色散棱镜用于对色散光束进行补偿，使光束在空间上的色散达到最高波长与最低波长在空间上互不干涉；
所述聚焦组件采用第一柱面透镜，所述第一柱面透镜使聚焦后的光束的束腰覆盖整个所述流体通道；
所述准直组件采用第二柱面透镜；
所述第二色散组件包括第三色散棱镜和第四色散棱镜；所述第三色散棱镜用于对色散光束进行负补偿；所述第四色散棱镜用于将色散光束复合；
所述第二聚焦准直组件包括第三球面透镜和第四球面透镜；所述第三球面透镜用于将光束聚焦，所述第四球面透镜用于将聚焦后的光束耦合进所述多模光纤。
2.根据权利要求1所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片，其特征在于，所述上层结构采用对激光透明的材料制备而成，所述第一矩形柱在所述对激光透明的材料的基础上利用对激光不透明的染料进行处理，使得所述第一矩形柱具有对激光不透明的性质。
3.根据权利要求1所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片，其特征在于，所述基板采用不透光的塑性材料制备而成，所述器件层采用透光的塑性材料制备而成。
4.根据权利要求1所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片，其特征在于，所述上层结构、所述下层结构上均设置有对齐标志物，所述上层结构、所述下层结构通过所述对齐标志物进行对准键合。
5.根据权利要求4所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片，其特征在于，所述上层结构的四个角分别设置有凹陷的对齐标志物，所述下层结构的对齐标志物设置于所述基板上，所述下层结构的四个对齐标志物与所述上层结构的四个对齐标志物的位置、形状分别对应。
6.一种时域拉伸成像系统，其特征在于，包括：飞秒激光器、光纤耦合器、色散光纤、如权利要求1-5中任一项所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片、多模光纤、光电探测器、示波器、计算机、检测样本输入组件；
所述飞秒激光器用于产生飞秒脉冲；
所述光纤耦合器用于将所述飞秒脉冲耦合至所述色散光纤；
所述色散光纤用于将所述飞秒脉冲在时域上进行拉伸；
所述检测样本输入组件用于将检测样本传输至所述流体通道的中心区域；
所述多模光纤用于收集通过所述时域拉伸显微成像流式检测芯片后的光信号，并传输至所述光电探测器；
所述光电探测器用于将所述光信号转换为模拟电信号；
所述示波器用于将所述模拟电信号转换为数字电信号；
所述计算机用于对所述数字电信号进行处理，得到成像信息。
7.根据权利要求6所述的时域拉伸成像系统，其特征在于，所述检测样本输入组件包括：第一注射泵、纺丝金属针管和第二注射泵；
所述第一注射泵用于装载鞘液，所述第一注射泵与所述纺丝金属针管的包层入口连通；所述第二注射泵用于装载样本，所述第二注射泵与所述纺丝金属针管的芯层入口连通；所述纺丝金属针管垂直插入至所述时域拉伸显微成像流式检测芯片的所述流体通道中，被鞘液包裹的样本作为所述检测样本。
8.根据权利要求6所述的时域拉伸成像系统，其特征在于，还包括：废液收集装置，所述废液收集装置与所述时域拉伸显微成像流式检测芯片中的所述流体通道的出口连通，用于收集检测完成后的废液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211061960.XA CN115437091B (zh) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | 一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211061960.XA CN115437091B (zh) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | 一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115437091A CN115437091A (zh) | 2022-12-06 |
| CN115437091B true CN115437091B (zh) | 2024-07-05 |
Family
ID=84244924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211061960.XA Active CN115437091B (zh) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | 一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115437091B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1207812A (zh) * | 1996-01-16 | 1999-02-10 | 康宁股份有限公司 | 与热无关的光学器件 |
| CN113324893A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-31 | 武汉大学 | 一种基于压缩感知的流式荧光成像系统及成像方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107069391B (zh) * | 2017-02-10 | 2020-07-17 | 北京大学 | 飞秒脉冲激光调制器及具有其的微型双光子显微成像装置 |
| CN112548326B (zh) * | 2020-11-17 | 2023-10-13 | 华东师范大学重庆研究院 | 一种基于深度学习的山脊型表面5g芯片飞秒智能加工技术与装备 |
| CN112570897B (zh) * | 2020-11-17 | 2023-03-24 | 华东师范大学重庆研究院 | 飞秒脉冲簇产生方法及石英微流控芯片制造装置 |
-
2022
- 2022-08-31 CN CN202211061960.XA patent/CN115437091B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1207812A (zh) * | 1996-01-16 | 1999-02-10 | 康宁股份有限公司 | 与热无关的光学器件 |
| CN113324893A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-31 | 武汉大学 | 一种基于压缩感知的流式荧光成像系统及成像方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115437091A (zh) | 2022-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tomlinson | Wavelength multiplexing in multimode optical fibers | |
| US5418615A (en) | Probe for liquid sample analysis by light transmission | |
| US8233146B2 (en) | Cuvette for flow-type particle analyzer | |
| JP5134968B2 (ja) | 構成された光ガイドを使用した均一照明により流体を検査する装置 | |
| US6941041B2 (en) | Gradient index rod lens unit and microchemical system having the same | |
| CN102334021A (zh) | 用于流式细胞仪的稳定的光学系统 | |
| US20210356323A1 (en) | Wideband extended pulsed light source, spectrometry device, and spectrometry method | |
| WO2002057822A2 (de) | Optik zur einkopplung von licht aus einer lichtquelle in ein medium | |
| CN110411954A (zh) | 一种超快时域拉伸成像装置及方法 | |
| Delaney et al. | Fiberoptics in confocal microscopy | |
| CN111307770A (zh) | Pcr检测装置及方法 | |
| CN115437091B (zh) | 一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、时域拉伸成像系统 | |
| CA2450431A1 (en) | Microchemical system | |
| Aldabaldetreku et al. | A comprehensive analysis of scattering in polymer optical fibers | |
| CN113721323A (zh) | 新型多芯光纤耦合装置及制备方法 | |
| Ji et al. | Inline fiber optic power sensor featuring a variable tap ratio based on a tightly focused femtosecond laser inscription | |
| EP1714109B1 (de) | Konfokaler abstandssensor | |
| DE10314495B3 (de) | Optische Koppeleinheit | |
| CN100447598C (zh) | 微纳光纤阵列相干光束合成装置 | |
| US7057729B2 (en) | Photothermal conversion spectroscopic analysis method, and photothermal conversion spectroscopic analysis apparatus for carrying out the method | |
| CN209784664U (zh) | 一种产生环形光束的装置 | |
| Conforti et al. | Fiber-optic thermometric probe utilizing GRIN lenses | |
| DE3887407T2 (de) | Optische, räumliche übertragungsvorrichtung. | |
| CN221883449U (zh) | 一种用于法医dna检测的光电检测装置 | |
| CN109085673B (zh) | 光线传输组件和声致发光检测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |