[發明專利]一種微顆粒或生物細胞的光學分離方法和裝置

無效

• 申請號: 201410256519.6
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN103990379A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 李寶軍;雷宏香
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01D57/00
• 分類號: B01D57/00;C12N5/00;C12M1/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及微納光子學領域，尤其涉及一種微顆粒或生物細胞的光學分離方法和裝置。

背景技術

混合物中微顆粒或生物細胞的分離是一項非常有意義的工作，在樣品儲備、細胞培養、生物醫學和化學分析、以及進一步形成功能化集成芯片等方面具有巨大的應用前景。目前，微流中分離顆粒較為有效的物理方法通常是采用基于均勻電場的電泳技術、基于不均勻電場的介電泳技術、基于不均勻磁場的磁泳技術，以及基于聲波的聲泳技術。在這些方法中，不同尺寸的顆粒在力的作用下流向不同的通道，從而可以實現空間上的分離。盡管這些方法是有效的，但就所需的核心器件而言，電泳技術需要使用呈一定圖形排列的電極，磁泳技術需要使用永久性磁鐵，而聲泳技術則需要使用壓電陶瓷傳感器，因而，核心裝置通常需要占用較大體積，很難在狹小的空間內(微納尺寸，例如血管和生物毛細管內)進行微小物體的捕獲和分離。除了以上技術外，還有一種分離方法稱為光色譜法。它是一種光學分離技術，利用來自弱聚焦光束的光輻射壓力和流體給予的拖力之間的平衡，從而實現不同尺寸顆粒在不同平衡位置上的分離。這種光輻射壓力的大小只有幾個或數個飛牛或皮牛量級，作用范圍約幾個微米，因此很難在短時間內，對較大范圍內的微顆粒進行有效分離。而通過加大激光光強則存在著破壞、殺傷所操控生物體的潛在危險。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的主要目的是提供一種結構緊湊、靈活快捷、成本低廉、無損傷的微顆粒或生物細胞的光學分離方法。

本發明的又一目的是提出一種微顆粒或生物細胞的光學分離裝置。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種微顆粒或生物細胞的光學分離方法，其包括以下步驟：

S1：制備用于分離微顆粒或生物細胞的分離光纖，所述分離光纖包括有無涂覆層的微納光纖，所述微納光纖的線徑為800nm～6μm、長度為200～400μm；

S2：將制備好的分離光纖置于含有待分離的微顆粒或生物細胞的液體中，分離光纖與液體接觸的部分為微納光纖；

S3：從分離光纖的任意一端輸入激光，液體流經微納光纖時，不同尺寸的微顆粒或生物細胞被捕獲于下游的不同位置，從而實現微顆粒或生物細胞在空間上的分離；

上述激光的波段滿足以下條件：水對該波段激光有吸收；所需分離的微顆粒或生物細胞在該波段激光照射下透明。

從光纖一端輸入激光，將不同尺寸混合微顆粒懸浮液流經微納光纖時，借助于逆向光泳力和流體拖力之間的平衡，不同尺寸的微顆粒將會被捕獲于下游的不同位置，從而實現空間上的分離。為了使得微顆粒發生逆向光泳，其中輸入的激光的波段必須是對水有一定的吸收且對所要分離的微顆粒透明。

其中光泳現象是指：當懸浮于液體環境中的微小物體受到一束光照射時，物體表面和內部不均勻分布的電磁能量通過物體本身及周圍液體的吸收轉化成物體表面的不均勻熱分布，從而引起顆粒向著遠離光源(正向光泳)或者接近光源(逆向光泳)的方向運動。在相同的入射光強度下，光泳力的大小通常要比光場梯度力大3至4個數量級，因此可以用來捕獲和操控大量微顆粒或生物體群體。

在一種優選的方案中，在步驟S1中，所述分離光纖的制備過程為：剝去標準單模光纖一段的涂覆層，對剝去涂覆層后的光纖加熱至熔融，將熔融部分以2-5mm/s的速度拉制成線徑為800nm～6μm、長度為200～400μm的無涂覆層的微納光纖。

上面采用熔融法拉制微納光纖時，還會產生位于微納光纖兩端的無涂覆層的光纖錐，其中光纖錐尖端線徑與維納光纖的線徑相同。在此處，剝去涂覆層的光纖是標準單模光纖中除兩端的任一段。

在一種優選的方案中，在步驟S2中，分離光纖放置的方向與液體流向垂直。

在一種優選的方案中，在步驟S3中，所述液體流動的動力由微流泵提供。

在一種優選的方案中，在步驟S3中，所述激光采用1.55μm波段激光，通光功率小于160mW。

在一種優選的方案中，拉制微納光纖的裝置為光纖調節架。

本發明還提供了一種微顆粒或生物細胞的光學分離裝置，包括固態載體和分離光纖，所述固態載體表面開設有相交的凹槽1和凹槽2，分離光纖放置于凹槽1，分離光纖包括有無涂覆層的微納光纖，所述微納光纖的線徑為800nm～6μm、長度為200～400μm，微納光纖與凹槽2相交。

在一種優選的方案中，所述固態載體為石英玻璃。

在一種優選的方案中，所述放置分離光纖的凹槽1為U型槽，其寬度為120～130μm，深度為90～150μm。