[發明專利]一種基于納米壓印技術間接操控微納粒子的方法

在審

• 申請號: 201810388489.2
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108499620A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 吳興坤;單子豪
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于納米壓印技術間接操控微納粒子的方法，該方法應用納米壓印技術制作間接操控粒子鏈接微納粒子，應用光纖聚焦間接操控粒子，實現間接操控粒子的俘獲，進而控制微納粒子三維移動和空間轉動。所述間接操控粒子包括抓手、與抓手鏈接的微桿、鏈接微桿和微納粒子的微盤；所述抓手與光纖光斑模式匹配，位于光纖光斑的暗點，能夠通過光纖光斑實現對抓手的俘獲。本發明具有操控便利、自由度高、可集成化、對被操控粒子無激光創傷的特點。

技術領域

本發明涉及一種生物間接操控的方法，尤其涉及一種基于NIL(Nanoimprintlithograthy)納米壓印技術間接操控微納粒子的方法。

背景技術

在過去的十年中，微納米尺度的生物對象(biological object)的微操控(micromanipulation)已成為生物納米技術領域的一個重要課題。根據應用過程的復雜性和規模，微操控包括三維空間的俘獲，平移/旋轉，收集或分離，活細胞手術/微注入等一系列日益精細化的操控。在尺度上，已經更多從細胞層面進入亞細胞過程的操控。在幾個相互競爭的3D微操控技術中(包括電泳，磁力，機械等)，顯微光鑷技術作為幾乎無創(non-invasive)的一種方法，突出優點是可以在絕大部分細胞和亞細胞組分的尺度范圍里施加可調節的10^-14-10^-8N的控制力，用于實現微操控過程。使用光鑷對生物對象操控目前分為直接和間接操控(即激光是否直接作用于生物對象)。鑒于實施過程的簡單性，至今為止的大部分光鑷相關工作是直接操控。雖然已經證明其在生物測定與亞納米精度位移的適用性，并能夠實現相當多細胞的微操控，但使用時面臨的主要問題之一是活細胞捕獲中的光損傷。在這過程中，功率為數十mW至數百mW的聚集激光束直接作用于生物對象，實現各種空間運動。然而，很快發現直接捕獲和操控對活細胞或細胞組分可導致相當嚴重的光損傷，其損傷機制包括光化學反應，局部加熱，雙光子吸收和光敏劑激發的單態氧。同時，研究證實：細胞的光損閾值其實是非常低的，在直接光鑷俘獲和操控中，即使降低激光功率也不能有效解決光損傷問題。所有這些研究結果表明：在未來的生物工程中，應該盡可能避免使用直接的激光束進行細胞捕獲或微操控，以消除激光對生物對象的不良影響。同時，工程中越來越多需要的DNA層面的微操控，由于DNA鏈太細(1.8-2.6nm，遠小于聚集光束衍射極限束腰直徑可直接俘獲的粒子直徑，約數百納米至數十微米)，不能使用簡單的直接操控，幾乎所有的DNA工作都涉及間接操控。由此，細胞和亞細胞對象的間接微操控(indirectmicromanipulation)將成為生物工程中一個極為重要的工具和研究課題。

在不受激光直接光照影響情況下，間接微操控完成生物對象的定位、運輸、分選等過程控制，在醫學研究上可以通過這些過程研究診斷，治療，藥物傳遞，將使從不同學科的研究人員在活細胞和亞細胞尺度進行基礎和應用研究，從而進行高度準確的細胞和藥物相互作用判別，開發新藥物和新診斷方法，在非常早期階段檢測到致命疾病的發病，是具有重大創新意義的基礎研究工作，并且有巨大的生物醫學應用價值和市場潛力。

在間接微操控方面，近年來國際上投入大量資源對這一課題進行研究。為了實現間接操控生物對象，光鑷被取而代之的用來捕捉電介質微球(如乳膠，聚苯乙烯，二氧化硅等)，并由這些微球連接到生物對象的兩端或邊界面上，用以驅動生物對象的各種空間運動。與磁力或電泳操控技術不同，光鑷可以通過同時使用數個激光光束實現多個操控而不相互干擾，此特點給間接微操控提供了很好的條件，同時空間光調制器(SLM，spatiallight modulator)的出現，使計算機實現可編程同時控制多個微球協調運動，以環繞生物對象并推動其運動。