[发明专利]一种用于红细胞可控旋转和变形的双光纤光镊的光控技术

说明书

本发明提供了一种用于红细胞可控旋转和变形的双光纤光镊的制作方法，所述方法为通过熔融拉锥法制备双光纤光镊，并在末端具有渐变的锥形结构。通过本发明利用双锥形光纤光镊的出射激光同时实现人体红细胞的可控旋转，包括绕x轴，z轴及多元化的旋转操控。本发明还实现了单细胞及多细胞的光控变形。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种使用双光纤光镊实现红细胞可控旋转和变形的光控技术。

背景技术

众所周知，红细胞在生物体新陈代谢和有氧呼吸过程中扮演着相当重要作用，其物理和机制特性也被当做生物医学及病理临床学研究的重要指标。实现红细胞的精确操控，尤其是可控旋转和变形，有利于在微纳尺度进一步理解细胞结构，对血管疾病诊断、层析显微成像、细胞微机械驱动、机制力传导和化学物质释放等都具有重要意义。截止目前，人们提出多种方案用于红细胞的可控旋转，包括介电泳、双光束扳手和聚焦显微成像技术等。同时，对于红细胞可控变形，研究者也通过微过滤技术、激光衍射技术、微管输送、电场以及原子力显微技术等予以实现。此外，亦有研究通过使用全息光镊或基于非旋转对称捕获光束以及环形偏振光束的传统光镊来实现红细胞的可控旋转操控。

发明内容

有鉴于此，以上技术方案仅限于单功能化操作，即只能实现细胞的旋转或细胞变形。为更加简易有效的研究红细胞的物理和机制特性，基于单一平台同时实现细胞的可控旋转和变形正日益引发研究人员的密切关注。而对于传统光镊和全息光镊方法而言，一旦光捕获结构确定，细胞只能绕预先设计的轴向旋转。由于光纤光镊本身具有制作简易、便于集成、操作灵活等特性，我们将进一步利用双锥形光纤光镊的出射激光同时实现人体红细胞的可控旋转，包括绕x轴，z轴及多元化的旋转操控。此外，基于该技术方案还可实现单细胞及多细胞的光控变形。

即本发明提供了一种用于红细胞可控旋转和变形的双光纤光镊的制作方法，所述方法为通过熔融拉锥法制备双光纤光镊，并在末端具有渐变的锥形结构。

优选地，本发明用于红细胞可控旋转和变形的双光纤光镊的制作方法中，包括以下步骤：

1)将两个单模光纤分别去除缓冲层和聚合物涂覆层，并套上毛细玻璃管；

2)将两个步骤1)去除缓冲层和聚合物涂覆层的光纤置于氢氧火焰加热至光纤熔点后沿光轴方向进行拉伸；

3)两个光纤将折断为两部分，并在末端形成渐变的锥形结构。

优选地，本发明用于红细胞可控旋转和变形的双光纤光镊的制作方法中，所述步骤2)中对两个光纤的初始拉伸速度为0.5mm/s。

优选地，本发明用于红细胞可控旋转和变形的双光纤光镊的制作方法中，所述步骤2)中光纤直径首先从125μm在1.8-2.2mm范围内减至7.8μm，再从5.6-6.4μm范围内从7.8μm减至0.47-0.53μm(即指光纤尖锥前端部分直径从7.8μm减小至0.47-0.53μm，对应横向长度为5.6-6.4μm之间变化，下同)，将拉伸速度提至2mm/s，光纤光镊将折断并在末端形成特定的锥形形状；

优选地，光纤直径首先从125μm在1.8-2.2mm范围内减至7.8μm，在6μm长度内从7.8μm减至0.5μm时，将拉伸速度提至2mm/s，光纤光镊将折断并在末端形成特定的锥形形状。

本发明的另一方面在于提供上述方法获得双光纤光镊，所述双光纤光镊为通过熔融拉锥法制备，并在末端具有渐变的锥形结构。

优选地，本发明所述方法获得的双光纤光镊中，所述双光纤光镊末端的锥形结构为对两个光纤的初始拉伸速度为0.5mm/s；当光纤直径首先从125μm在1.8-2.2mm范围内减至7.8μm，再从5.6-6.4μm范围内从7.8μm减至0.47-0.53μm，将拉伸速度提至2mm/s，光纤光镊将折断并在末端形成特定的锥形形状；