(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211061960.X (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 雷诚　严若鹏　崔恩康　王度　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 胡琦旖 (51)Int.Cl. G02B 7/00(2021.01) G02B 7/02(2021.01) G02B 7/18(2021.01) G02B 6/12(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种时域拉伸显微 成像流式检测芯片、 时域 拉伸成像系统 (57)摘要 本发明属于成像流式检测技术领域， 公开了 一种时域拉伸显微成像流式检测芯片、 时域拉伸 成像系统。 本发 明将用于实现时域拉伸显微成像 的若干光学元件集成至微流控芯片上， 具有高集 成度， 能够极大地降低时域拉伸成像系统的体 积， 结构简单、 便于制造、 成本低廉， 且能够简化 安装调试过程。 时域拉伸显微 成像流式检测芯片 结合飞秒激光器、 光纤耦合器、 色散光纤、 多模光 纤、 光电探测器、 示波器、 计算机、 检测样本输入 组件能够形成一套完整的时域拉伸成像系统， 有 利于大规模的部署应用， 同时具有相当的成像质 量。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115437091 A 2022.12.06 CN 115437091 A 1.一种时域拉伸显微成像流式检测芯片， 其特 征在于， 包括： 上层结构和下层结构； 所述上层结构的左右两端均设置有一个光纤插槽， 位于左端的光纤插槽用于对插接的 色散光纤进 行定位， 且该光纤插槽与第一空腔连通， 所述第一空腔中设置有第一矩形柱； 位 于右端的光纤插槽用于对插接的多模光纤进行定位， 且该光纤插槽与第二空腔连通； 所述 第一空腔与所述第二空腔之间设置有流体腔室； 所述下层结构包括基板和设置于所述基板上的器件层， 所述基板在与 所述流体腔室对 应的区域设置有流体通孔； 所述器件层 包括位于所述流体通孔左侧的第一器件单元和位于 所述流体通孔右侧的第二器件单 元； 所述第一器件单元包括沿光路依次设置的第一聚焦准直组件、 第二矩形柱、 第一色散 组件和聚焦组件； 所述第二器件单元包括沿光路依 次设置的准直组件、 第二色散组件和第 二聚焦准 直组件； 所述上层结构和所述下层结构对准键合后， 所述第一器件单元封装于所述第一空腔 内， 所述第一矩阵柱和所述第二矩形柱形成线形光阑， 所述第二器件单元封装于所述第二 空腔内， 所述 流体通孔与所述 流体腔室形成流体通道； 所述第一聚焦准直组件用于对经所述色散光纤出射的激光进行聚焦和准直， 所述线形 光阑用于将聚焦准直后的激光整 型为一维空间光束， 所述第一色散组件用于对一 维空间光 束在空间上进 行色散和补偿， 所述聚焦组件用于对光束进 行聚焦并使聚焦后的光束的束腰 覆盖所述流体通道； 所述流体通道用于容纳检测样本； 所述准直组件用于对携带样本信息 的光束进行准直， 所述第二色散组件用于对色散光束进行负补偿并将色散光束复合， 所述 第二聚焦准 直组件用于将复合后的光束 进行聚焦并耦合进所述多模光纤。 2.根据权利要求1所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片， 其特征在于， 所述第 一聚焦 准直组件包括第一球面透镜和 第二球面透镜； 所述第一球面透镜用于对经所述色散光纤出 射的激光进行聚焦， 所述第二球面透 镜用于对聚焦后的激光进行准 直； 所述第一色散组件包括第 一色散棱镜和第 二色散棱镜； 所述第 一色散棱镜用于对一维 空间光束在空间上进行色散； 所述第二色散棱镜用于对色散光束进行补偿， 使光束在空间 上的色散 达到最高波长与最低波长在空间上互不干涉； 所述聚焦组件采用第 一柱面透镜， 所述第 一柱面透镜使聚焦后的光束的束腰覆盖整个 所述流体通道； 所述准直组件采用第二柱面透 镜； 所述第二色散组件包括第 三色散棱镜和第四色散棱镜； 所述第 三色散棱镜用于对色散 光束进行负补偿； 所述第四色散棱镜用于将色散光束复合； 所述第二聚焦准直组件包括第 三球面透镜和第四球面透镜； 所述第 三球面透镜用于将 光束聚焦， 所述第四球面透 镜用于将聚焦后的光束 耦合进所述多模光纤。 3.根据权利要求1所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片， 其特征在于， 所述上层结构 采用对激光透明的材料制备而成， 所述第一矩形柱在所述对激光透明的材料的基础上利用 对激光不透明的染料进行处 理， 使得所述第一矩形柱具有对激光 不透明的性质。 4.根据权利要求1所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片， 其特征在于， 所述基板采用 不透光的塑性材 料制备而成， 所述器件层采用透光的塑性材 料制备而成。 5.根据权利要求1所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片， 其特征在于， 所述上层结权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115437091 A 2构、 所述下层结构上均设置有对齐标志物， 所述上层结构、 所述下层结构通过所述对齐标志 物进行对准键合。 6.根据权利要求5所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片， 其特征在于， 所述上层结构 的四个角分别 设置有凹陷的对齐标志物， 所述下层结构的对齐标志物设置于所述基板上， 所述下层结构的四个对齐标志物与所述上层结构的四个对齐标志物的位置、 形状分别对 应。 7.一种时域拉伸成像系统， 其特征在于， 包括： 飞秒激光器、 光纤耦合器、 色散光纤、 如 权利要求1 ‑6中任一项所述的时域拉伸显微成像流式检测芯片、 多模光纤、 光电探测 器、 示 波器、 计算机、 检测样本 输入组件； 所述飞秒激光器用于产生飞秒脉冲； 所述光纤耦合器用于将所述飞秒脉冲耦合至所述色散光纤； 所述色散光纤用于将所述飞秒脉冲在时域上进行拉伸； 所述检测样本 输入组件用于将检测样本传输 至所述流体通道的中心区域； 所述多模光纤用于收集通过所述 时域拉伸显微成像流式检测芯片后的光信号， 并传输 至所述光电探测器； 所述光电探测器用于将所述 光信号转换为模拟电信号； 所述示波器用于将所述模拟电信号 转换为数字电信号； 所述计算机用于对所述数字电信号进行处 理， 得到成像信息 。 8.根据权利要求7所述的时域拉伸成像系统， 其特征在于， 所述检测样本输入组件包 括： 第一注射泵、 纺丝金属针管和第二注射泵； 所述第一注射泵用于装载鞘液， 所述第一注射泵与所述纺丝金属针管的包层入口连 通； 所述第二注射泵用于装载样本， 所述第二注 射泵与所述纺丝金属针管的芯层 入口连通； 所述纺丝金属针管垂直插入至所述时域拉伸显微成像流式检测芯片的所述流体通道中， 被 鞘液包裹的样本作为所述检测样本 。 9.根据权利要求7所述的时域拉伸成像系统， 其特征在于， 还包括： 废液收集装置， 所述 废液收集装置与所述时域拉伸显微成像流式检测芯片中的所述流体通道的出口连通， 用于 收集检测完成后的废液。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115437091 A 3