[发明专利]一种高速操作和检测活细胞的方法

说明书

本发明公开了属于双光梳和光镊技术领域的一种高速操作和检测活细胞的方法。该方法包括以下步骤，步骤1：获取单腔模式复用双光梳；步骤2：利用光子灯笼进行空间模式分离并获得携带轨道角动量的涡旋光束；步骤3：操作微小粒子或活细胞；利用步骤2得到的涡旋光束捕获直径在10‑50μm范围的微小粒子或活细胞，再移动、旋转被捕获的微小粒子或活细胞；步骤4：测量双光梳光谱。本发明所提方法的光谱测量速度快，可实现毫秒量级的细胞检测速度；细胞吸收谱测量信噪比高，双光梳相干性好，并且可通过多次平均进一步提升信噪比；双光梳光谱覆盖范围宽，同一台仪器可实现多细胞的识别与筛选，为多种不同场景的应用提供有力的工具。

技术领域

本发明涉及双光梳和光镊技术领域，尤其涉及一种高速操作和检测活细胞的方法。

背景技术

光镊技术作为一种利用强聚焦光场产生梯度力捕获粒子的工具，能够对活体细胞物质进行单分子结构和功能检测，对人类探索生命的本质具有重要作用。

将激光光镊与共焦拉曼光谱技术相结合的激光光镊拉曼光谱技术能够在生理条件下捕获、操控和测量在悬浮状态下的单个活细胞，对其进行生物学分析研究，能够提供精细的分子结构和物质成分指纹信息，实现生物分子水平上的高分辨率快速无标记检测分析。尽管激光光镊拉曼光谱技术有诸多的优势，却也存在许多自身不足：一是，文献[1]J.W.Chan,“Recent advances in laser tweezers Raman spectroscopy(LTRS)forlabel-free analysis of single cells,”Journal of Biophotonics 6,36-48(2013).中，由于生物分子拉曼散射信号极其微弱，成像提取时间为1-10s每像素甚至更长，因此对于单个活细胞一般需要10min，大大限制了将拉曼散射应用于活细胞在体成像与监控活细胞生长变化的研究；二是，拉曼光谱作为一种非线性光谱技术，一般需要提高激光强度来提高拉曼信号的强度，这也会不可避免地对生物分子活性造成影响。

文献[2]S.Feng,Z.Li,G.Chen,D.Lin,S.Huang,Z.Huang,Y.Li,J.Lin,R.Chen,andH.Zeng,“Ultrasound-mediated method for rapid delivery of nano-particles intocells for intracellular surface-enhanced Raman spectroscopy and cancer cellscreening,”Nanotechnology 26,065101(2015).提到表面增强拉曼散射技术能够在一定程度上有效提升拉曼信号强度，但该技术一般需要将待测样品与设计的微纳结构距离足够近，并不适用于活细胞检测。最后，无法对细胞无旋转操控，分子的旋转操控为人们认识DAN折叠和超螺旋结构提供了一种新的方法，“快速”、“旋转”已成为DNA分子研究的主旋律。因此，寻找更高效的分子识别手段并与光镊结合一直是学术界的研究热点。

除了拉曼光谱以外，也可对细胞中不同分子的振动吸收谱线进行线性吸收光谱的直接测量。这样，用较弱的输入光来获取分子振动谱，可以有效地降低激光信号对样品的影响，更有利于活细胞检测。