本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種血細(xì)胞濃度傳感器及其制備方法、測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

血細(xì)胞檢測(cè)在一定程度和數(shù)量上能反應(yīng)出人體的健康和疾病的現(xiàn)象。健康成年人的血細(xì)胞數(shù)量和濃度在一定范圍內(nèi)是固定的，如果多于或是少于正常值范圍，則會(huì)相應(yīng)的顯現(xiàn)出一定的病癥。

神州飛船等航天器雖然體積龐大，但內(nèi)部空間有限，像血細(xì)胞分析儀或流式細(xì)胞儀等這類大型細(xì)胞計(jì)數(shù)儀器，由于體積龐大、專業(yè)操作性強(qiáng)等特點(diǎn)導(dǎo)致無法帶入太空。而外太空環(huán)境惡劣，強(qiáng)電磁、強(qiáng)輻射使得普通電子設(shè)備無法正常工作，但是在惡劣環(huán)境下如何對(duì)宇航員的血細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而監(jiān)測(cè)宇航員的身體健康情況，是關(guān)乎宇航員生命安全的重要問題。

目前檢測(cè)血細(xì)胞的設(shè)備體積龐大，檢測(cè)過程過于復(fù)雜，效率低，并且具有一定污染性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種血細(xì)胞濃度傳感器及其制備方法、測(cè)試裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)提供的檢測(cè)血細(xì)胞的設(shè)備體積龐大，檢測(cè)過程過于復(fù)雜，效率低的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種血細(xì)胞濃度傳感器的制備方法，包括：

將剝掉涂覆層的單模光纖置于光纖夾具上，并調(diào)節(jié)所述光纖夾具使所述單模光纖位于水平位置；

將飛秒激光聚焦在所述單模光纖的纖芯平面，調(diào)節(jié)所述飛秒激光的能量，按照預(yù)設(shè)的馬赫-曾德爾腔模型，控制能量調(diào)節(jié)后的飛秒激光對(duì)所述單模光纖進(jìn)行逐線掃描加工，得到光纖樣品；

將所述光纖樣品置于預(yù)置的蝕刻液中進(jìn)行腐蝕，以蝕刻出馬赫-曾德爾腔；

清洗腐蝕后的光纖樣品，將腐蝕后的光纖樣品置于顯微鏡下觀察腐蝕馬赫-曾德爾腔的質(zhì)量，將腐蝕后的光纖樣品接入光源和光譜儀之間，測(cè)試腐蝕后的光纖樣品的傳輸光譜；

判斷腐蝕馬赫-曾德爾腔的質(zhì)量或所述腐蝕后的光纖樣品的傳輸光譜是否達(dá)到預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)值，若未達(dá)到，則調(diào)整所述飛秒激光的加工參數(shù)或蝕刻的參數(shù)，并取新的單模光纖，執(zhí)行將剝掉涂覆層的單模光纖置于光纖夾具上的步驟，調(diào)整所述飛秒激光的加工參數(shù)包括調(diào)整所述飛秒激光的能量，調(diào)整蝕刻的參數(shù)包括調(diào)整所述蝕刻液的濃度、腐蝕時(shí)間；

若達(dá)到，則將腐蝕后的光纖樣品作為血細(xì)胞濃度傳感器。

進(jìn)一步地，所述將剝掉涂覆層的單模光纖置于光纖夾具上，并調(diào)節(jié)所述光纖夾具使所述單模光纖位于水平位置包括：

將剝掉涂覆層的單模光纖固定在二維可調(diào)的仰俯臺(tái)上，所述仰俯臺(tái)位于三維移動(dòng)平臺(tái)上；

控制所述三維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)，并調(diào)節(jié)所述仰俯臺(tái)，使所述單模光纖的光纖軸向與所述飛秒激光的光斑移動(dòng)方向平行。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)所述飛秒激光的能量包括：

通過半波片和格蘭棱鏡組成的衰減器調(diào)節(jié)所述飛秒激光的能量，將所述飛秒激光的能量控制在65nj至100nj，以形成局部均勻的合適的折射率強(qiáng)度調(diào)制。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)所述飛秒激光的能量之后，還包括：

通過100倍浸油物鏡將所述飛秒激光聚焦在所述單模光纖的纖芯平面的包層與纖芯交界處，并進(jìn)入所述纖芯約3μm至5μm處。

進(jìn)一步地，配置所述蝕刻液的步驟包括：

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的氫氟酸原液加去離子水和酒精稀釋，將酒精作為緩沖溶液，配置溶液濃度為5％-8％的氫氟酸溶液。

進(jìn)一步地，將所述光纖樣品置于預(yù)置的氫氟酸溶液中進(jìn)行腐蝕包括：

將所述光纖樣品置于所述氫氧酸溶液中，設(shè)定腐蝕的溫度為40℃至45℃，采用水浴加熱方式進(jìn)行腐蝕，并加入磁力攪拌進(jìn)行擾動(dòng)。

進(jìn)一步地，腐蝕時(shí)間控制在10至20分鐘。

本發(fā)明還提供了一種血細(xì)胞濃度傳感器，所述血細(xì)胞濃度傳感器通過上述所述的制備方法制備得到。

本發(fā)明還提供了一種血細(xì)胞濃度的測(cè)試裝置，所述測(cè)試裝置由聚二甲基硅氧烷制備得到，包括微通道、與所述微通道相連通的進(jìn)液通道和出液通道。

進(jìn)一步地，所述微通道的直徑為300μm至359μm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：采用本發(fā)明實(shí)施例所提供的制備方法制作得到的基于單模光纖的血細(xì)胞濃度傳感器，采用全光纖式結(jié)構(gòu)，可避免電磁干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。同時(shí)，該傳感器結(jié)構(gòu)及制作工藝簡(jiǎn)單，可靠性高，使用時(shí)，只需將該血細(xì)胞溶液利用注射器從測(cè)試裝置的進(jìn)液通道注入單模光纖的馬赫-曾德爾腔中，單模光纖兩端連接光源和光譜儀，通過檢測(cè)干涉光譜的漂移情況的方式檢測(cè)血細(xì)胞濃度變化，具有靈敏度高的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的血細(xì)胞濃度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的血細(xì)胞濃度傳感器的制備方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的血細(xì)胞濃度傳感器的制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的飛秒激光的掃描軌跡示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的飛秒激光加工制作的馬赫-曾德爾腔的模型實(shí)物圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)過氫氟酸溶液腐蝕后的馬赫-曾德爾腔的實(shí)物圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的具備馬赫-曾德爾腔的單模光纖在空氣中的干涉譜圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的血細(xì)胞濃度的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種飛秒激光濕法刻蝕技術(shù)制備的血細(xì)胞濃度傳感器及其制作方法，通過在單模光纖內(nèi)部制作馬赫-曾德爾mz腔，通過檢測(cè)該mz腔內(nèi)血細(xì)胞溶液折射率的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)血細(xì)胞濃度的檢測(cè)。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的血細(xì)胞濃度傳感器，為具備馬赫-曾德爾腔的單模光纖。光在單模光纖101的纖芯中傳輸，經(jīng)過mz腔102被分成兩束，一束光仍然沿著纖芯傳輸，另外一束光經(jīng)過mz腔102傳輸，最后兩束光重新在單模光纖101的纖芯中匯聚。由于兩束光經(jīng)過的介質(zhì)的折射率不一樣，產(chǎn)生光程差，從而形成mz干涉。外界液體經(jīng)過微流通道103進(jìn)入mz腔102中改變腔介質(zhì)的折射率，從而在在透射光譜上檢測(cè)到這種變化。

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種血細(xì)胞濃度傳感器的制備方法，包括：

s201，將剝掉涂覆層的單模光纖置于光纖夾具上，并調(diào)節(jié)所述光纖夾具使所述單模光纖位于水平位置；

s202,將飛秒激光聚焦在所述單模光纖的纖芯平面，調(diào)節(jié)所述飛秒激光的能量，按照預(yù)設(shè)的馬赫-曾德爾腔模型，控制能量調(diào)節(jié)后的飛秒激光對(duì)所述單模光纖進(jìn)行逐線掃描加工，得到光纖樣品；

s203，將所述光纖樣品置于預(yù)置的蝕刻液中進(jìn)行腐蝕，以蝕刻出馬赫-曾德爾腔；

s204，清洗腐蝕后的光纖樣品，將腐蝕后的光纖樣品置于顯微鏡下觀察腐蝕馬赫-曾德爾腔的質(zhì)量，將腐蝕后的光纖樣品接入光源和光譜儀之間，測(cè)試腐蝕后的光纖樣品的傳輸光譜；

s205，判斷腐蝕馬赫-曾德爾腔的質(zhì)量或所述腐蝕后的光纖樣品的傳輸光譜是否達(dá)到預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)值，若未達(dá)到，則調(diào)整所述飛秒激光的加工參數(shù)或蝕刻的參數(shù)，并取新的單模光纖，執(zhí)行將剝掉涂覆層的單模光纖置于光纖夾具上的步驟，調(diào)整所述飛秒激光的加工參數(shù)包括調(diào)整所述飛秒激光的能量，調(diào)整蝕刻的參數(shù)包括調(diào)整所述蝕刻液的濃度、腐蝕時(shí)間。在本步驟中，若判斷腐蝕得到的馬赫-曾德爾腔的質(zhì)量或光纖樣品的傳輸光譜未達(dá)到預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)值，則此次加工的單模光纖不符合要求，需對(duì)飛秒激光的加工參數(shù)或者蝕刻的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并取新的單模光纖，重新進(jìn)行加工，原先加工失敗的單模光纖丟棄不用。

s206，若達(dá)到，則將腐蝕后的光纖樣品作為血細(xì)胞濃度傳感器。

下面，通過對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供血細(xì)胞濃度傳感器的制備方法進(jìn)行具體地闡述：

步驟1，將剝掉涂覆層的單模光纖置于光纖夾具上，并調(diào)節(jié)所述光纖夾具使所述單模光纖位于水平位置；

如圖3所示，將剝掉涂覆層的單模光纖固定在二維可調(diào)的仰俯臺(tái)上，該仰俯臺(tái)位于三維移動(dòng)平臺(tái)上。通過調(diào)節(jié)二維可調(diào)的俯仰平臺(tái)和三維移動(dòng)平臺(tái)，使單模光纖的纖芯軸向與飛秒激光的光斑移動(dòng)方向平行。調(diào)節(jié)半波片和格蘭棱鏡組成的衰減器，將飛秒激光的能量控制在65-100nj，使飛秒激光能夠形成局部較均勻的合適的折射率強(qiáng)度調(diào)制。通過計(jì)算機(jī)控制三維移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，使飛秒激光聚焦在單模光纖的纖芯平面的纖芯與包層交界處，然后移動(dòng)y軸使飛秒激光的焦斑進(jìn)入單模光纖的纖芯約3-5μm。

步驟2，控制能量調(diào)節(jié)后的飛秒激光對(duì)所述單模光纖進(jìn)行掃描加工，得到光纖樣品。

飛秒激光掃描軌跡如圖4所示，具體地操作中，飛秒激光靜止不動(dòng)，移動(dòng)三維移動(dòng)平臺(tái)，下面以三維移動(dòng)平臺(tái)為靜止參照物對(duì)飛秒激光的移動(dòng)進(jìn)行描述。設(shè)置具備高精度的三維移動(dòng)平臺(tái)在x、y、z軸的移動(dòng)速度為5-10μm/s。打開快門，控制三維移動(dòng)平臺(tái)往x軸方向移動(dòng)，此時(shí)飛秒激光開始掃描，當(dāng)飛秒激光沿著x軸正向(或反向)掃描大約60-100μm后停止，繼續(xù)沿z軸負(fù)向(正向)移動(dòng)2-3μm，接著沿著x軸負(fù)向(正向)移動(dòng)60-100μm后停止，沿y軸向負(fù)方向(垂直纖芯并遠(yuǎn)離纖芯的方向)移動(dòng)1-1.5μm，接著飛秒激光沿著x軸正向(或反向)掃描大約60-100μm后停止，沿z軸正向(負(fù)向)移動(dòng)2-3μm，接著沿著x軸負(fù)向(正向)移動(dòng)60-100μm后停止，沿y軸向負(fù)方向移動(dòng)1-1.5μm，以上步驟為一個(gè)周期，如此重復(fù)多個(gè)周期后三維的mz腔通過逐線掃描的方式的加工完畢。最后沿著y方向加工多個(gè)微通道連接mz腔和光纖包層表面，最后得到具有mz腔的光纖樣品。圖5表示飛秒激光微加工后的mz腔。由圖5可以看出，加工過后的區(qū)域顏色較深，因?yàn)榧庸^(qū)別材料被折射率改性，折射率比未加工區(qū)域大，因此顯微鏡下觀察顏色較深。

步驟3，配置用于腐蝕的氫氟酸溶液。

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的氫氟酸溶液按體積比分別與酒精和去離子水混合，配置體積分?jǐn)?shù)為5％-8％的氫氟酸溶液。加酒精的目的是緩沖的作用。氫氟酸接觸的容器材質(zhì)為聚四氟乙烯。將光纖樣品在距離mz腔結(jié)構(gòu)的2-3mm處切斷，然后垂直插入盛有配置完成的氫氟酸溶液的容器中。磁力攪拌器加入水后設(shè)定溫度為40-45℃，待溫度穩(wěn)定后將剩有氫氟酸溶液的容器放入其中，設(shè)定腐蝕時(shí)間為10-20分鐘，最后依次用乙醇和去離子水清洗，放入烘箱烘干，將腐蝕好的光纖樣品與單模光纖熔接。

步驟4，將腐蝕好的光纖樣品置于顯微鏡下觀察腐蝕后的mz腔質(zhì)量。

在實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的情況有：未完全腐蝕、腔形狀不規(guī)則、腐蝕過度導(dǎo)致纖芯完全被腐蝕等。如出現(xiàn)以上情況需要返回步驟2修改飛秒激光的加工參數(shù)，加工參數(shù)包括激光能量、掃描速度等，或者返回步驟3修改氫氟酸溶液的濃度和腐蝕時(shí)間，直到腐蝕出如圖5所示的結(jié)構(gòu)。由圖6可以看出腐蝕區(qū)域材料被完全去除，mz腔與外界通過微通道聯(lián)通，纖芯還有部分保留。將腐蝕后的光纖樣品兩端分別接光源和光譜儀，檢測(cè)mz腔的干涉譜圖。如果檢測(cè)不到干涉光譜或者光譜對(duì)比度低于5db，則需返回步驟2或者步驟3修改相應(yīng)的參數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。圖7示出了腔長(zhǎng)為98μm的干涉譜圖，干涉對(duì)比度到達(dá)17db。

步驟5，制作血細(xì)胞濃度的測(cè)試裝置。

將pdms(聚二甲基硅氧烷)膠水的基本組分與固化劑按10:1重量比完全混合，然后置于抽真空儀器中抽出膠水中的氣泡。將直徑為300-350μm的鐵絲置于模型中，然后將抽完真空后的膠水倒入模型中，將整體放置于溫度箱中烘烤，溫度設(shè)置為80-90℃，時(shí)間設(shè)定為1-1.5小時(shí)。烘烤完全后pdms膠水完全固化，抽出鐵絲后，微通道形成。利用打孔器在微通道上方打兩個(gè)孔，然后插入金屬導(dǎo)管形成進(jìn)液通道和出液通道。制作完成的測(cè)試裝置如圖8所示。

步驟6，將腐蝕完成的光纖樣品置于測(cè)試裝置的微通道中，測(cè)試血細(xì)胞的濃度。

如圖8所示，將腐蝕完成的光纖樣品置于測(cè)試裝置800的微通道807中，微通道807的兩端用紫外固化膠密封。光纖樣品的一端接超連續(xù)光源802，另一端接光譜儀806，將注射器801與測(cè)試裝置的進(jìn)液通道803通過塑料軟管連接，出液通道804與廢液收集裝置805連接。用注射器801抽取血細(xì)胞溶液，設(shè)置注射速率，血細(xì)胞溶液通過進(jìn)液通道803和微通道807進(jìn)入光纖樣品的mz腔中，待光譜穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。然后換乙醇注入測(cè)試裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)清洗，接著換另一種濃度的血細(xì)胞溶液注入，依次測(cè)試不同濃度的血細(xì)胞的光譜圖。不同濃度的血細(xì)胞的密度不一樣從而在折射率方面表現(xiàn)出差異性。當(dāng)不同濃度的血細(xì)胞溶液注入mz腔后改變了mz腔的介質(zhì)的折射率，從而導(dǎo)致兩個(gè)干涉臂之間的折射率差發(fā)生變化，反映在光譜上就是干涉譜發(fā)生波長(zhǎng)漂移。通過檢測(cè)這種波長(zhǎng)漂移間接的測(cè)量出血細(xì)胞濃度的變化，并且本發(fā)明實(shí)施例提供的具備mz腔的血細(xì)胞濃度傳感器具有很高的折射率靈敏度和很低的折射率探測(cè)極限，可以探測(cè)出10^-5的折射率變化，在探測(cè)血細(xì)胞濃度方面表現(xiàn)出優(yōu)良傳感特性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。