[发明专利]活体单细胞转动角度主动光操控方法及装置

说明书

本发明提供一种活体单细胞转动角度主动光操控方法及装置。其特征是：该装置由两台激光器组成。一台激光器发出的光束经显微物镜聚焦后，实现对细胞的稳定捕获。另一台激光器发出的光束经过声光偏转器后发生不同的偏转角度，由显微物镜聚焦后交替照射到被捕获细胞的两侧，实现细胞旋转角度的精准主动光操控。本发明可实现对特定活体单细胞稳定捕获和转动角度的精准主动光操控，具有结构简单、造价低廉、灵活度高、操作容易等特点，可广泛应用于在医学和生物学研究中对特定活体单细胞生命活动过程中物理和化学特性的长时间观察和研究。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种活体单细胞转动角度主动光操控方法及装置，实现待测活体单细胞的稳定捕获和精准主动操控，可广泛用于对特定活体单细胞生命活动过程的物理和化学性质进行长时间观察和研究，属于光镊光操控研究领域。

(二)背景技术

细胞是有机体构成及其生命活动的基本单位，有机体的一切生命活动如运动、呼吸、代谢和生殖等最终都要靠各种细胞来完成。细胞是有机体生长与发育的基础，有机体的生长和发育是依靠细胞的分裂、迁移、分化与凋亡来实现的。细胞是遗传信息传递的桥梁，上一代的遗传信息存在于生殖细胞的细胞核中，细胞中的遗传信息指导下一代有机体生命的构建。细胞是生命起源的归宿，也是生物进化的起点。正如著名生物学大师EBWilson指出的“一切生命现象的奥秘都要从细胞中寻求解答”。

对于细胞研究遵循着科学发展的规律不断深入和发展，经历了细胞水平、亚细胞水平和分子水平等不同研究层次。我们所面临的挑战是以展开生命活动的大环境活细胞作为“试管”，在尽量避免影响细胞自身性质及其所处微环境的前提下，以非接触、无损伤的方式获取活体单细胞的亚细胞精细结构。这就要求在对活体单细胞进行长时间的观察和研究的过程中，对其进行稳定的捕获和精准的操控。针对细胞研究应运而生的细胞操控技术一直是国内外研究的热点，其中包括诸如介电泳法、电阻抗法、免疫磁珠法和力学特性法等一系列有效方法，这些方法对维持细胞活性和对细胞的无损观察都存在很大的不足。

在生物学研究领域中，光镊的出现为细胞和大分子物理和化学特性的深入研究带来了前所未有的技术手段，使科研工作者由对研究目标的被动观察转为主动操控。光镊技术是利用聚焦光场形成的光阱产生力学效应，可以在不影响细胞内部及所处微环境的条件下，以非机械接触、无损伤的方式稳定捕捉、精准操控和快速筛选单个病毒、细胞甚至生物大分子。此外，光镊不仅可以操控微粒，还可以进行微小力的测量。作为定量分析工具，光镊技术可以对感兴趣的系统施加经校准的皮牛量级的光阱力，实现对光阱力作用引起的目标系统位移量的高精度、高灵敏度的测量。同时，光镊技术的提出和发展为以非机械接触、无损伤的方式长时间观察处于液态环境中的活细胞，获取其内部结构，及其物理和化学性质，进而深入研究细胞生命活动过程的生物调控机制等打开了大门，揭示了单个细胞如何工作并相互影响的未知过程，并能阐述亚细胞进化和行为之间的联系。

本发明涉及的是一种活体单细胞转动角度主动光操控方法及装置。利用两台激光器精准操控细胞，激光通过显微物镜聚焦后交替照射到被捕获细胞的两侧，使其绕特定轴线旋转。当细胞旋转至每一个角度并达到稳定状态后，使用科勒照明精确监测细胞转动过程的姿态。共同完成对细胞的精确操控。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种活体单细胞转动角度主动光操控方法及装置，具有结构简单、操作方便、灵活性高、集成度高等特点。

本发明的目的是这样实现的：