[发明专利]一种基于光纤微光手的细胞微手术刀及其制备方法

说明书

本发明提供的是一种基于光纤微光手的细胞微手术刀及其制备方法，其由多芯光纤微光手和埋附于光纤端面的微球透镜组成。其中多芯光纤微光手能稳定捕获目标细胞，并且可以旋转调整捕获细胞的姿态；多芯光纤的端面中心位置刻蚀有微槽，微槽内粘附有一微球透镜，中间纤芯的光束经过微球透镜压缩输出，形成局部能量密度很高的光刀，作用于被捕获细胞。本发明可用于单细胞的捕获操纵，定位手术，包括单细胞的穿孔、单个细胞器的摘除，多细胞的融合等操作。可广泛用于单细胞水平的生命科学研究领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于光纤微光手的细胞微手术刀及其制备方法，可用于单细胞的捕获操纵，定位手术，包括单细胞的穿孔、单个细胞器的摘除，多细胞的融合等操作，属于单细胞操纵技术领域。

(二)背景技术

现代生命科学的发展在很大程度上依赖于对活细胞的加工和操纵,比如切除细胞内的某些特定蛋白或细胞器等。激光细胞微手术是一个强有力的工具,近年来在细胞微手术精度控制方面取得很大的进展,并出现了一门新学科激光细胞生物学。细胞本身的体积小,直径只有几个微米到十几微米,细胞内部的结构则更加精细复杂,所以在揭示生命功能的过程中,借助于现代化的研究工具成为不可缺少的手段。激光由于具有强度高,方向性和单色性好等优点,经过透镜聚焦后可形成功率密度高而光斑直径仅为微米量级的微光束,利用激光微光束可以对细胞进行俘获、打孔、融合、切段、转移和移植等操作,在细胞生物学的研究中形成了激光光镊术、激光显微照射术、激光细胞融合术以及激光细胞打孔术等激光微光束技术。

目前，针对细胞手术操作大多基于传统显微镜结构，利用空间光镊捕获待操作细胞，结合物镜压缩的微米量级高能光束，对捕获细胞进行穿孔、融合等操作。但是空间光系统普遍存在体积大，灵活性低的缺点。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤微光手的细胞微手术刀及其制备方法，由于采用的是全光纤结构，使得本发明在单细胞操纵及手术上具有极高的灵活性，能够实现细胞的捕获、旋转、定点穿孔、细胞器清除、细胞融合等功能。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于光纤微光手的细胞微手术刀，它由多芯光纤微光手和埋附于光纤端面的微球透镜组成。其中多芯光纤具有圆对称分布周边纤芯和中间纤芯，光纤端具有对称的圆锥台结构，使得周边纤芯内传输的捕获光束聚焦，在光纤的轴向上形成一个微光手，稳定捕获目标细胞，并且可以旋转调整捕获细胞的姿态；多芯光纤的端面中心位置刻蚀有微槽，微槽内粘附有一微球透镜，中间纤芯的光束经过微球透镜压缩输出，形成局部能量密度很高的手术光刀，作用于被捕获细胞。

下面从多芯光纤微光手的特征、功能和手术光刀的特征、功能两个方面对本发明特征结构做出说明：

(1)多芯光纤微光手的特征和功能：

所述的多芯光纤的纤芯数量应大于等于三，并且其中一个纤芯位于光纤中心，其余纤芯同轴对称分布。

多芯光纤端圆锥台结构通过精密研磨加工而成，当多芯光纤周边纤芯内的捕获光束在圆锥台结构的斜面处满足全反射条件，反射并在端面外汇聚时，可不镀制反射金属膜；当多芯光纤周边纤芯内的光束在圆锥台结构的斜面处不满足全反射条件时，可镀制一层反射金属膜，反射并汇聚周边纤芯内的捕获光束。

可以通过调整光纤端圆锥台的锥台底角、锥台高度等参数，来调整微光手的捕获点与光纤端面的距离。

多芯光纤微光手可通过改变每个周边纤芯内的捕获光束的功率大小，来任意旋转被捕获细胞，调整细胞的姿态。

多芯光纤微光手捕获或操纵的细胞可以是单细胞，也可以是多个细胞组成的细胞群。

(2)手术光刀的特征和功能：

所述的手术光刀是指在多芯光纤端面的中间位置刻有凹槽，里面埋附有一个微球透镜，能够实现中间纤芯光束的压缩，实现高能量密度、微纳尺寸的光刀。