【摘要】：光鑷是操縱包括活體細(xì)胞在內(nèi)的微小物體的強(qiáng)大工具。與傳統(tǒng)的透鏡式光鑷相比,光纖光鑷具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。近年來,基于光纖的光鑷已經(jīng)實現(xiàn)了粒子的捕獲、移動、旋轉(zhuǎn)和輸運(yùn),這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用在細(xì)胞分析、疾病診斷、藥物遞送等過程中。靈活地操縱流體中的細(xì)胞,并進(jìn)一步將其輸送到指定位置的能力已被證明是至關(guān)重要的。因此,迫切需要一種便于細(xì)胞操作和無菌傳輸?shù)谋銛y式方案。本文研究一種基于中空環(huán)形芯光纖的單光纖光鑷,完成對酵母菌和聚苯乙烯小球的捕獲和操縱,并利用集成到光纖內(nèi)部的微流通道實現(xiàn)了被捕獲粒子的無菌輸運(yùn),適用于稀有活細(xì)胞的選擇性操縱和輸運(yùn),對醫(yī)學(xué)測試和細(xì)胞分析具有重要意義。其光纖光鑷探針可植入微流體平臺,為可不受襯底上傳輸路徑限制的可選的光流控技術(shù)提供解決方案,同時降低制造難度和成本。本文對光鑷技術(shù)的背景意義、發(fā)展歷程以及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要回顧和總結(jié)。著重梳理光纖光鑷的發(fā)展及現(xiàn)狀,包括多光纖光鑷,單光纖光鑷和新型光纖光鑷。對基于光輻射壓光鑷的機(jī)理進(jìn)行剖析,并分析了環(huán)形芯光纖的傳輸特性。根據(jù)中空環(huán)形芯光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù),對環(huán)形波導(dǎo)進(jìn)行了模式分析,設(shè)計了基于中空環(huán)形芯光纖光鑷探針,并對光纖光鑷探針的出射光場進(jìn)行了仿真和分析。最后利用基于有限元法的光阱力計算方法,得到了軸向光阱力和橫向光阱力的分布情況,并詳細(xì)討論了在光纖光鑷探針捕獲范圍內(nèi)微球的折射率和直徑對光阱力的影響。本文設(shè)計了基于中空環(huán)形芯光纖的單光纖光鑷,制作并搭建了單光纖光鑷實驗系統(tǒng)。在實驗中,完成對酵母菌和不同大小的聚苯乙烯小球的三維捕獲及操縱。連通光纖內(nèi)通道和注射器后,利用微型注射泵控制流體速度和方向,對作用在被捕獲微粒上的液體粘滯力實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制。調(diào)節(jié)激光功率控制光阱力的大小。通過調(diào)節(jié)激光功率和流速,實現(xiàn)了聚苯乙烯小球的輸運(yùn)。同時,利用光纖微流通道實現(xiàn)了將聚苯乙烯小球從原液體環(huán)境中無菌轉(zhuǎn)運(yùn)到新的液體環(huán)境中,這可應(yīng)用到稀有少量細(xì)胞的分類中,拓寬光纖光鑷的應(yīng)用領(lǐng)域。
【圖文】：

非生物吸收峰波段的激光器、顯微鏡及空間光路、樣品池、象限光電二極管以及 CCD圖像采集。圖1.1 傳統(tǒng)透鏡式光鑷系統(tǒng)裝置示意圖傳統(tǒng)光鑷的核心是利用高數(shù)值孔徑的物鏡對線偏振高斯激光束進(jìn)行聚焦，形成具有捕獲能力的光阱。在傳統(tǒng)透鏡式光鑷裝置示意圖中，L、M、DM、LED 和 QPD 分別表示透鏡、反射鏡、二向色鏡、顯微鏡照明燈和象限光電二極管。紅光和黑光分別顯示顯

掃描全息光鑷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253

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本文編號：2709934