集成於微流控的生物納米微粒尺度檢測

《集成於微流控的生物納米微粒尺度檢測》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：集成於微流控的生物納米微粒尺度檢測
• 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

研究可集成於微流控的微光學生物納米微粒尺寸探測系統，採用PGC解調、高分辨波分復用雙波長Michelson光纖干涉儀測量納米微粒散射波疊加至信號光束後對其相位的先後相移，結合納米微粒通過雙波長聚焦區分界線的時間脈衝，實時獲取微流控中的單個納米微粒的尺寸，用於在微流控中快速、實時分辨亞細胞組分或病毒，開創雷射干涉、納米光學在生物工程中的全新套用。研究集成於微流控的NA高於1.3的SIL（Solid immersion lens）透鏡的設計和製備，高效率收集微流道中生物納米微粒的散射光，並進一步以此高分辨相位探測平台研究單個生物納米微粒與雷射光場相互作用，觀測Gaussian光束或Bessel光束與生物納米微粒的一系列未知相互作用，包括在不同波長下有效散射截面，彈性和非彈性散射振幅、相位等相關性，並有機會領先探索、開闢這一全新亞細胞生物光學領域。

結題摘要

本項目研究了基於PGC(Phase Generated Carrier)調製解調技術的微納粒子尺寸探測裝置和技術，套用低功率光纖感測獲取微納粒子擾動光場的相位信息，研究探測光相位變化與被測微納粒子尺寸關係這一全新課題。項目首先探索了PGC調製解調方法的數學原理，推導出與實際微納粒子光學探測的數學公式，奠定理論基礎；再研究微流通道與拉錐光纖的製備，並在光纖耦合器的選擇與光路設計方面摸索出合適的實驗方案。使用該裝置成功探測了酵母菌細胞（4-6μm）、空氣氣泡（2-3.5μm）、聚苯乙烯1-1.5μm微球的尺寸，實驗數據點與理論曲線符合得很好。工作發表在Optics Express，文章名為Optical micro-particle size detection by phase-generated carrier demodulation。進一步，按項目計畫，我們改進實驗運用差分裝置降低噪聲干擾，成功地將微納粒子尺寸探測範圍縮小到納米量級，900-200nm的聚苯乙烯微球用此法探測的誤差範圍在14.5%-23.8%之間。工作發表在Chinese Optics Letters，文章名為Real time measurement of nanoparticle size using differential optical phase detection。此法可套用於各種微納粒子實時探測領域，如大氣塵埃粒子監測、水污染顆粒監測、生物細胞檢測以及分類、醫用人體細胞檢測、醫藥成分分析等等，不需要繁重的樣品處理和複雜的測量過程，對設備要求不高，具有輕便、及時、成本低、易於小型化的特點。 同時，獲得國家發明專利授權2項，公開了一種基於納米微粒位移探測的後向散射光檢測加速度裝置及方法，具有低噪聲、高靈敏度、自帶反饋功能、高精度識別和分析的特點；以及一種磨錐光纖結合套管的亞波長聚焦結構，具有聚焦光斑小、焦深長、通光效率高、易與光纖集成、可靈活換套管以達到不同聚焦效果的特點；並研究了光學技術在細胞成像中的套用，重點展示基本原理和雷射掃描共聚焦顯微鏡成像、多光子螢光成像、全內反射螢光顯微鏡成像、近場掃描光學顯微鏡成像和光學相干斷層成像的主要特徵，將成果總結歸納於著作Cellular Image Classification中，為下一步工作中實現生物粒子的光探測以及光操控打下了較好的基礎。