[發明專利]角度偏差式雙多芯光纖細胞光學馬達

在審

• 申請號: 201911119486.X
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN111019802A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 苑立波;申澤
• 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;C12M1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種具有捕獲、旋轉細胞功能的角度偏差式雙多芯光纖細胞光學馬達系統。該光學馬達系統包括：產生所需光源的激光器1；光纖分束器2；衰減器3；多芯光纖合束器4?1和4?2；分別連接兩個多芯光纖合束器并且用于捕獲、旋轉細胞的多芯光纖臂5?1和5?2；實驗操作池6；用于觀察實驗操作過程的顯微成像系統7。本發明可用于單細胞或多細胞的捕獲及其對方向的旋轉操作，和微小顆粒的捕獲、排列，還可以為微型機器人或微米級器械提供動力。可廣泛用于細胞分析、藥物開發、顯微制造領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種角度偏差式雙多芯光纖細胞光學馬達系統，本發明可用于單細胞或多細胞的捕獲及其多方向的旋轉操作，和微小顆粒的捕獲、排列，還可以為微型機器人或微米級器械提供動力。可廣泛用于細胞分析、藥物開發、顯微制造領域。

(二)背景技術

角度偏差式雙多芯光纖細胞光學馬達系統是光纖光鑷的一種發展和應用。

在光鑷領域，貝爾實驗室的Ashkin實驗組做了開創性的工作。1970年，Ashkin通過估算，推測聚焦的激光可以推動微米級別的微粒。他將直徑為0.6～2.5um的乳膠微球放置于水中，并將功率為1w的兩虛氬離子激光聚焦于水中，結果發現這些微粒可以沿著光軸被加速移動。這個實驗首次明顯的觀測到光壓作用，同時證實了他的推測。

Ashkin發現不僅微粒可以沿著光軸方向被推離之外，還發現了光束對折射率比周圍介質高的微粒具有橫向吸力。相反，對于折射率比周圍介質低的微粒具有橫向推力。利用這一性質，Ashkin將兩束激光相對入射，聚焦于同一處，其結果表現為在兩束激光的軸向作用力相互抵消處產生了一個可以將微粒橫向吸入并固定不動的勢阱。這就是“雙光束捕獲”的雛形。

1985年，在研究單光束激光捕獲原子是，Ashkin嘗試用類似的裝置來抓取較大的粒子，并發現：僅僅將單束激光高度聚焦就可以穩定捕獲這些微粒。于是，1986年，Ashkin等指出將單束激光高度聚焦，在激光光束聚焦點處可以將微粒穩定地捕獲。這種單束激光的光學捕獲成為“光鑷”，它可以在沒有機械接觸的情況下可以抓取直徑為數十納米至數十微米的粒子。

光鑷能夠在沒有機械接觸的情況下可以操縱微粒的這一性質引起了生命科學界的極大興趣。1987年，Ashkin等首先將光鑷用于捕獲生命科學中的細菌病毒。從此光鑷技術廣泛應用于生命科學研究，為細胞研究、生物制藥提供了有力的工具。

細胞生物學是運用近代物理、化學技術和分子生物學方法，在顯微、亞顯微和分子水平三個層次上，研究細胞的結構、功能和各種生命規律的一門學科。它是由細胞學發展而來。因為關于細胞早已不僅是單純地研究一個個細胞、細胞器和生物大分子或者一個個生命現象，而是將它們有機結合，從動態的變化過程中探索它們之間的相互關系以及它們與環境的關系。

細胞生物學與分子生物學、神經生物學和生態學并列為生命科學的四大基礎學科。從生命結構層次來看，細胞生物學介于分子生物學和分體生物學之間，與它們相互銜接和滲透，起著承上啟下的重要作用。無論是在遺傳、發育、生殖、神經、免疫等學科中，還是在醫學和生物高科技的發展中非，都可以看到細胞生物學的身影。舉例來說，生物化學中的蛋白質、核酸、糖蛋白等生物大分子的代謝與調節、基因的表達和調控、細胞信號的轉導、細胞的異常增殖等，生理學中的物質運輸、細胞信號轉導等，病理學的細胞衰老與死亡、炎癥、癌變等……這些都與細胞生物學中相關物質的化學組成、結構和功能、相關細胞器的生命活動息息相關。因此，細胞生物學被認為是現代生命科學的重要基礎，是當今生命科學中的前沿學科之一，對細胞生物學的研究勢必推動生命科學的蓬勃發展。