[发明专利]一种使用双光纤光镊实现细胞串列调整的光控技术

说明书

本发明提供了一种基于双光纤光镊实现细胞串列有效组织和调整方案，其无需精心制作的光刻衬底且无操控深度限制，从而避免了潜在的样品污染，实现操控范围和捕获灵活性的有效提升。此外，通过精确调整光纤光镊的位置，可实现细胞串列的精确操控，包括调整细胞作用距离和改变细胞连接顺序等。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种使用双光纤光镊实现细胞串列调整的光控技术。

背景技术

邻近细胞间的相互作用对于细胞命运和功能调节具有极其重要的意义，包括细胞生长、组织分化、细胞间信号传递及机制力传导等，因而日益引起研究人员关注。细胞间相互作用方式主要包括两种：即通过可溶性信号分子交换和直接的胞间接触。然而，以上两种作用方式都随时间和空间而不断变化，具体而言：不同种类的细胞倾向于特定的细胞作用方式，同一种类细胞在距离不同时占优的作用方式也各不相同。当两个细胞紧密接触时，其倾向于采用直接接触所诱导的应力来对周围细胞施加力的作用及对周围环境变化作出反应；然而随着细胞间距逐渐增大，其倾向于分泌可溶性信号分子来对周围细胞施加影响。因此，实现细胞作用距离和连接顺序的动态调整，进而研究细胞间相互作用对于不同胞外环境因素的时空依赖性，对于细胞生物学及临床医学具有重要意义和潜在的应用价值。

目前，微阵列及微机械系统在多细胞结构化排列和组织形成的动态操控方面应用广泛：基于微纳加工技术制作特定的图案衬底，可将细胞有效局域安置在特定位置，进而实现接触间距不同时细胞相互作用方式的探索研究。最近研究表明，全息光镊在细胞排列和特定结构组装方面性能优越，通过精心设计的全息算法可实现任意三维结构的细胞排列。同时，通过控制激光束移动，可实现细胞阵列中特定细胞的取出和放回。除全息光镊之外，基于表面等离子体的等离纳米光镊在细胞排列和结构组织方面也具有重要应用。其利用特定纳米结构(蝴蝶结、单孔、双孔等)表面的等离子体共振可将光强增大几千倍，进而实现纳米级颗粒的稳定捕获与操控。目前为止，等离子体光镊已成功实现细胞、纳米颗粒(小至12nm)及单个蛋白质分子的捕获和排列。

目前报道的细胞串列调整方案中大多存在一定的局限性：基于微阵列及微机械系统实现细胞串列的组织过程中，细胞局限于精心制作的衬底表面，且细胞与衬底表面直接接触将引发潜在的细胞污染，进而影响系统的重复利用。而对于全息光镊，全息算法设计较为繁杂，且对于细胞特定排列结构的可控调整更具挑战性：因为在保持其余光束位置不变的同时需操控某一特定光束来移动细胞，从而给全息算法设计增加挑战。此外，全息光镊通常需要复杂的光学聚焦系统，包含二向分光镜、空间光束调制器和高数值孔径聚焦透镜等，从而在微纳光电平台的集成应用上面临挑战；并且，聚焦透镜较短的工作距离进一步限制了细胞在液体环境中的操控深度。对于等离纳米光镊，特定细胞组装类型仍取决于精心设计的光刻纳米基底，因而，细胞一旦被稳定捕获，位置相对固定，难以实现有效的动态调整。而且，细胞捕获范围局限于衬底表面，不利于大范围的细胞捕获和操控。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于双光纤光镊实现细胞串列有效组织和调整方案，其无需精心制作的光刻衬底且无操控深度限制，从而避免了潜在的样品污染，实现操控范围和捕获灵活性的有效提升。此外，通过精确调整光纤光镊的位置，可实现细胞串列的精确操控，包括调整细胞作用距离和改变细胞连接顺序等。

因此，本发明的第一目的在于提供一种用于调整细胞串列的双光纤光镊的制作方法，即通过熔融拉锥法制备双光纤光镊，并在末端具有不同的锥形结构。

优选地，本发明用于调整细胞串列的双光纤光镊的制作方法中，所述双光纤光镊的制作方法包括以下步骤：

1)将两个单模光纤分别去除缓冲层和聚合物涂覆层，并套上毛细玻璃管；

2)将两个步骤1)去除缓冲层和聚合物涂覆层的光纤置于氢氧火焰加热至光纤熔点后沿光轴方向进行拉伸；

3)两个光纤将折断为两部分，并在末端形成不同的锥形结构。