集成於微流控的亞波長微光學光鑷陣列

《集成於微流控的亞波長微光學光鑷陣列》是依託浙江大學，由吳興坤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：集成於微流控的亞波長微光學光鑷陣列
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：吳興坤
• 項目類別：面上項目

項目摘要

研究集成於微流控中的亞波長微光學光鑷陣列，開拓Lab-on-a-chip對納米尺寸微粒如染色體或DNA進行各類性能進行平行分析的能力，大幅度加速生物晶片信息處理量。深入研究套用微光學元件合成亞波長準貝賽爾光束，以及納米粒子與光場相互作用這一全新課題。使用軟光刻技術在微流控流道上集成微稜錐透鏡和二元相位片的微光學組合陣列，生成長焦深亞波長光束光鑷陣列，用於束縛及操控陣列中納米微粒組,構建用於納米尺度微生物或微納現象研究的空間陣列。在微流道中將套用雙貝塞爾光束夾持微粒，並使用雙光束干涉的相位控制實現微粒橫向移動控制，同時通過移動亞波長光鑷可進行陣列中各光鑷之間的個別微粒移動，實現納米微粒如DNA的光學拼接或修正。三維微操控還將研究光纖光彈性效應旋轉LP21模式，實施光鑷夾持微粒的空間轉動，在微流控環境中以全光纖系統獲得對納米微粒組的空間定位和微操控。

結題摘要

本項目研究了集成於亞波長聚焦的納米粒子捕獲和操控技術，套用微光學元件合成亞波長準貝賽爾光束，研究納米粒子與光場相互作用這一全新課題。項目首先探索了光纖微稜錐透鏡的製備方法，成功製作出高精度的微稜錐端光纖，獲得高質量的準貝塞爾聚焦光束。使用該微稜錐端光纖，套用雷射直寫和軟光刻技術進行了微光加工複製研究，實現了批量複製出微稜錐透鏡，並利用其在光纖端面的錐形透鏡提高了雷射二極體的耦合效率。在項目的核心技術細胞操控方面，微稜錐光纖聚焦後的LP21模光斑，以其特殊的4葉（four-lobed）低模數相干光束聚焦後，進行了捕獲酵母菌並對其操控的實驗，成功實現了對酵母菌進行移動、旋轉等複雜的操控操作。進一步，按項目計畫，我們研製成功了集成於光纖的高效率雙稜錐亞波長透鏡，獲得了聚焦半高寬0.41λ，且聚焦通光效率高達40%的亞波長光纖聚焦透鏡，此亞波長透鏡的出色結果在高影響因子國際期刊Nanoscale（IF 7.39）獲得發表。同時，研究中準貝塞爾光束獲得更進一步的壓縮，在理論和實驗都得到了驗證。對納米粒子捕獲，單稜錐光纖已經成功捕獲到900納米的粒子，為下一步工作中雙稜錐亞波長聚焦透鏡捕獲更小的納米粒子打下了非常好的基礎。