[發明專利]一種基于光纖微光手的細胞微手術刀及其制備方法

有效

• 申請號: 201911068022.0
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN111117860B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 苑立波;楊世泰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種基于光纖微光手的細胞微手術刀及其制備方法，其由多芯光纖微光手和埋附于光纖端面的微球透鏡組成。其中多芯光纖微光手能穩定捕獲目標細胞，并且可以旋轉調整捕獲細胞的姿態；多芯光纖的端面中心位置刻蝕有微槽，微槽內粘附有一微球透鏡，中間纖芯的光束經過微球透鏡壓縮輸出，形成局部能量密度很高的光刀，作用于被捕獲細胞。本發明可用于單細胞的捕獲操縱，定位手術，包括單細胞的穿孔、單個細胞器的摘除，多細胞的融合等操作。可廣泛用于單細胞水平的生命科學研究領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種基于光纖微光手的細胞微手術刀及其制備方法，可用于單細胞的捕獲操縱，定位手術，包括單細胞的穿孔、單個細胞器的摘除，多細胞的融合等操作，屬于單細胞操縱技術領域。

(二)背景技術

現代生命科學的發展在很大程度上依賴于對活細胞的加工和操縱,比如切除細胞內的某些特定蛋白或細胞器等。激光細胞微手術是一個強有力的工具,近年來在細胞微手術精度控制方面取得很大的進展,并出現了一門新學科激光細胞生物學。細胞本身的體積小,直徑只有幾個微米到十幾微米,細胞內部的結構則更加精細復雜,所以在揭示生命功能的過程中,借助于現代化的研究工具成為不可缺少的手段。激光由于具有強度高,方向性和單色性好等優點,經過透鏡聚焦后可形成功率密度高而光斑直徑僅為微米量級的微光束,利用激光微光束可以對細胞進行俘獲、打孔、融合、切段、轉移和移植等操作,在細胞生物學的研究中形成了激光光鑷術、激光顯微照射術、激光細胞融合術以及激光細胞打孔術等激光微光束技術。

目前，針對細胞手術操作大多基于傳統顯微鏡結構，利用空間光鑷捕獲待操作細胞，結合物鏡壓縮的微米量級高能光束，對捕獲細胞進行穿孔、融合等操作。但是空間光系統普遍存在體積大，靈活性低的缺點。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種基于光纖微光手的細胞微手術刀及其制備方法，由于采用的是全光纖結構，使得本發明在單細胞操縱及手術上具有極高的靈活性，能夠實現細胞的捕獲、旋轉、定點穿孔、細胞器清除、細胞融合等功能。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于光纖微光手的細胞微手術刀，它由多芯光纖微光手和埋附于光纖端面的微球透鏡組成。其中多芯光纖具有圓對稱分布周邊纖芯和中間纖芯，光纖端具有對稱的圓錐臺結構，使得周邊纖芯內傳輸的捕獲光束聚焦，在光纖的軸向上形成一個微光手，穩定捕獲目標細胞，并且可以旋轉調整捕獲細胞的姿態；多芯光纖的端面中心位置刻蝕有微槽，微槽內粘附有一微球透鏡，中間纖芯的光束經過微球透鏡壓縮輸出，形成局部能量密度很高的手術光刀，作用于被捕獲細胞。

下面從多芯光纖微光手的特征、功能和手術光刀的特征、功能兩個方面對本發明特征結構做出說明：

(1)多芯光纖微光手的特征和功能：

所述的多芯光纖的纖芯數量應大于等于三，并且其中一個纖芯位于光纖中心，其余纖芯同軸對稱分布。

多芯光纖端圓錐臺結構通過精密研磨加工而成，當多芯光纖周邊纖芯內的捕獲光束在圓錐臺結構的斜面處滿足全反射條件，反射并在端面外匯聚時，可不鍍制反射金屬膜；當多芯光纖周邊纖芯內的光束在圓錐臺結構的斜面處不滿足全反射條件時，可鍍制一層反射金屬膜，反射并匯聚周邊纖芯內的捕獲光束。

可以通過調整光纖端圓錐臺的錐臺底角、錐臺高度等參數，來調整微光手的捕獲點與光纖端面的距離。

多芯光纖微光手可通過改變每個周邊纖芯內的捕獲光束的功率大小，來任意旋轉被捕獲細胞，調整細胞的姿態。

多芯光纖微光手捕獲或操縱的細胞可以是單細胞，也可以是多個細胞組成的細胞群。

(2)手術光刀的特征和功能：

所述的手術光刀是指在多芯光纖端面的中間位置刻有凹槽，里面埋附有一個微球透鏡，能夠實現中間纖芯光束的壓縮，實現高能量密度、微納尺寸的光刀。