集成光纤导光功能的微螺旋线圈磁极的研究

磁镊是生命科学研究中最重要的单分子操纵技术之一，与光镊、原子力显微镜等相比，磁镊可实现对生物分子非接触式旋转或三维操纵，具有选择性和不会对生物活性破坏等优点，在活细胞研究方面独具优势。现有电磁线圈式磁极存在体积大、线圈发热严重，永磁体磁极实现旋转操作和磁力调节困难，尤其是当磁镊与高分辨率荧光成像等技术相结合时，上述缺点极大的限制了高性能磁镊平台的实现。本项目拟通过对微螺旋线圈设计的仿真优化，采用基于光纤表面逐点曝光MEMS微加工工艺，将光纤和微螺旋线圈磁极集成一体，实现具有近场导光功能的微线圈磁极。使磁镊系统在实现低功耗和微型化的同时，可利用光纤将激发光源直接引导至生物分子操作微区，形成近场荧光激发或其它光学操作，提供一种能与高分辨率荧光成像技术相结合的新型磁极技术，同时该磁极可极大简化操作平台光束控制和光路稳定性，为高性能磁镊操作平台的实现奠定基础。

集成光纤导光功能的微螺旋线圈磁极是制作单分子操作磁力系统的基础，磁极的研制对实现新型磁镊工具具有重要意义。实现这种与光纤集成的微螺旋线圈磁极的制作需要解决光纤锥的制作，光纤表面磁性层的制备以及与微螺旋线圈集成等一系列问题。我们在对这些问题的研究过程中取得一些有价值的成果：在光纤锥的制作过程中，我们提出了一种新的气相腐蚀制作光纤锥的方法，并获得性能优异的光纤锥结构；光纤表面镀膜的工艺和方法，我们制作了光纤镀膜的专用夹具，为光纤表面镀膜提供了一套稳定、可靠和高效率的光纤表面镀膜工艺流程，获得了光纤表面磁性层制作的最佳工艺参数；以有限元方法对集成光纤的微螺旋线圈磁极进行仿真，获得了该螺旋线圈的磁极性能的理论模型，并完成了微螺旋线圈磁极的制作，为磁性粒子的磁力操作提供了一种新的实验装置。