探讨回音壁模式在细胞种类识别中的应用

探讨回音壁模式在细胞种类识别中的应用1、引言激光自问世以来就在生物研究方面发挥着重要作用。与荧光相比,激光的谱线窄,单色性好,能量高,可以作为光源来激发荧光染料、荧光蛋白质和量子点等物质,已被广泛应用

探讨回音壁模式在细胞种类识别中的应用 1 、引言 ,,, 激光自问世以来就在生物研究方面发挥着重要作用。与荧光相比激光的谱线窄单色性好 ,, 能量高可以作为光源来激发荧光染料、荧光蛋白质和量子点等物质已被广泛应用于生物 ,, 医学成像和传感。目前激光器微型化已成为一种趋势比如使用环形谐振腔制作成的光流 [1,2,3,4],[5], 体生物激光器以及直径在微米量级的球形结构谐振腔扩大了激光器的应用领 , 域为可植入激光器的研究提供了基础。 (WGM) 回音壁模式是由于全反射将光束缚在球形或者环形谐振腔中而形成的一种谐振模式 [6]Q 。制作谐振腔的材料的折射率必须要高于周围介质的折射率。回音壁模式具有超高的 , 值、极小的模式体积、超高的能量密度和极窄的线宽等优越特性得到了人们的广泛关注。 , 由于回音壁模式微腔的谐振性能对其本身的材料、大小、形状以及外部环境的影响极其敏 ,[7][8],[9] 感因此可用来检测温度、压力、电磁场的变化已被广泛应用于腔光机械力学、腔 [10] 量子电动力学等领域。尤为引人注目的是近年来利用回音壁谐振腔的生物传感和检 ,200nm 测。当光在微腔表面发生全反射时会在表面约的范围内形成消逝波。任何待分析 ,,, 物质只要与微腔表面结合其有效折射率就会发生变化这一变化可以通过波谱的频移来测 [11]2002,Vollmer[12]Q 量。年等利用火焰加热单模二氧化硅光纤端部制成了具有高值的 ,, 微球谐振腔首次报道了球形微腔光学生物传感器并将其用于检测蛋白质分子。当分析物 (BSA), 牛血清白蛋白吸附于微球表面时回音壁模式对微腔表面折射率的响应会导致谐振波 ,BSAArnold[13] 发生位移据此可以实现对分子的检测。等从单光子谐振能量的角度在理 , 论上给出了单个蛋白质分子作用于回音壁模式微球腔表面时导致的频移的计算公式证明了 , 一个大分子即可产生可探测的回音壁模式频移同时根据公式预测了单蛋白检测的具体参 ,2009,[14] 数并通过实验估计了单个蛋白质所占的平均表面积。年张远宪等利用石英光纤 , 端面所形成的回音壁模式实现了对周围混合溶液浓度的检测他们同样利用的是分子影响光 纤表面进而导致回音壁激光辐射发生漂移的特性。 ,,, 目前回音壁模式用于生物传感时大多采用无源形式需要复杂的解调系统从而限制了它在 ,, 生物医学领域的广泛应用。有源谐振腔包含增益介质允许远程激发并能收集回音壁模式 ,, 激光信号而且具有体积小、品质因子高的特点非常适合植入细胞或组织内。对于细胞内 ,,, 有源形式的微球形谐振腔增益介质可以在球体内、胞质内也可以只在球胞质界面处这些 2015,Yun[15], 微腔可以以任何方式形成回音壁模式。年美国哈佛大学的光物理学家等利 7,Schubert[16] 用一个细胞内的油滴构成的回音壁微腔实现了激光输出。同年月等用内染 (PS-DVB) 绿色荧光染料的聚苯乙烯二乙烯基苯微球实现了对多种细胞的标记与追踪。利用 PS-DVB,, 微球的回音壁模式绿色荧光染料在泵浦光的作用下可以使光子长时间局域在很小 ,,,, 的空间内从而相干叠加形成谐振模式增强光与染料的相互作用实现染料的激光输出通过 TETM2018, 测量谐振谱线的模和模的距离就可以实现对细胞的标记。年美国密歇根大学