[发明专利]角度偏差式双多芯光纤细胞光学马达

说明书

本发明提供的是一种具有捕获、旋转细胞功能的角度偏差式双多芯光纤细胞光学马达系统。该光学马达系统包括：产生所需光源的激光器1；光纤分束器2；衰减器3；多芯光纤合束器4‑1和4‑2；分别连接两个多芯光纤合束器并且用于捕获、旋转细胞的多芯光纤臂5‑1和5‑2；实验操作池6；用于观察实验操作过程的显微成像系统7。本发明可用于单细胞或多细胞的捕获及其对方向的旋转操作，和微小颗粒的捕获、排列，还可以为微型机器人或微米级器械提供动力。可广泛用于细胞分析、药物开发、显微制造领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种角度偏差式双多芯光纤细胞光学马达系统，本发明可用于单细胞或多细胞的捕获及其多方向的旋转操作，和微小颗粒的捕获、排列，还可以为微型机器人或微米级器械提供动力。可广泛用于细胞分析、药物开发、显微制造领域。

(二)背景技术

角度偏差式双多芯光纤细胞光学马达系统是光纤光镊的一种发展和应用。

在光镊领域，贝尔实验室的Ashkin实验组做了开创性的工作。1970年，Ashkin通过估算，推测聚焦的激光可以推动微米级别的微粒。他将直径为0.6～2.5um的乳胶微球放置于水中，并将功率为1w的两虚氩离子激光聚焦于水中，结果发现这些微粒可以沿着光轴被加速移动。这个实验首次明显的观测到光压作用，同时证实了他的推测。

Ashkin发现不仅微粒可以沿着光轴方向被推离之外，还发现了光束对折射率比周围介质高的微粒具有横向吸力。相反，对于折射率比周围介质低的微粒具有横向推力。利用这一性质，Ashkin将两束激光相对入射，聚焦于同一处，其结果表现为在两束激光的轴向作用力相互抵消处产生了一个可以将微粒横向吸入并固定不动的势阱。这就是“双光束捕获”的雏形。

1985年，在研究单光束激光捕获原子是，Ashkin尝试用类似的装置来抓取较大的粒子，并发现：仅仅将单束激光高度聚焦就可以稳定捕获这些微粒。于是，1986年，Ashkin等指出将单束激光高度聚焦，在激光光束聚焦点处可以将微粒稳定地捕获。这种单束激光的光学捕获成为“光镊”，它可以在没有机械接触的情况下可以抓取直径为数十纳米至数十微米的粒子。

光镊能够在没有机械接触的情况下可以操纵微粒的这一性质引起了生命科学界的极大兴趣。1987年，Ashkin等首先将光镊用于捕获生命科学中的细菌病毒。从此光镊技术广泛应用于生命科学研究，为细胞研究、生物制药提供了有力的工具。

细胞生物学是运用近代物理、化学技术和分子生物学方法，在显微、亚显微和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能和各种生命规律的一门学科。它是由细胞学发展而来。因为关于细胞早已不仅是单纯地研究一个个细胞、细胞器和生物大分子或者一个个生命现象，而是将它们有机结合，从动态的变化过程中探索它们之间的相互关系以及它们与环境的关系。

细胞生物学与分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。从生命结构层次来看，细胞生物学介于分子生物学和分体生物学之间，与它们相互衔接和渗透，起着承上启下的重要作用。无论是在遗传、发育、生殖、神经、免疫等学科中，还是在医学和生物高科技的发展中非，都可以看到细胞生物学的身影。举例来说，生物化学中的蛋白质、核酸、糖蛋白等生物大分子的代谢与调节、基因的表达和调控、细胞信号的转导、细胞的异常增殖等，生理学中的物质运输、细胞信号转导等，病理学的细胞衰老与死亡、炎症、癌变等……这些都与细胞生物学中相关物质的化学组成、结构和功能、相关细胞器的生命活动息息相关。因此，细胞生物学被认为是现代生命科学的重要基础，是当今生命科学中的前沿学科之一，对细胞生物学的研究势必推动生命科学的蓬勃发展。