CN107186364A - 无机械运动实现精确激光切割轨迹和显微细胞切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法,空间光调制器放置在激光发射器与待切割标本之间，使得空间光调制器与聚焦透镜组的焦面共轭；激光发射器发出的入射激光束在空间光调制器上产生至少1个主光斑；主光斑覆盖到空间光调制器的N个相邻微单元上；激光束的其它光斑还覆盖空间光调制器的M个微单元，M≥0；在主光斑覆盖的N个微单元中，只打开其中n个相邻且首尾闭合的微单元使其首尾连接为中空的闭合曲线，n≤N，其它的N‑n+M个微单元为关闭状态；使得从空间光调制器出射的激光束经过聚焦透镜组后投射到待切割标本上时，也呈现中空的闭合曲线，从而在待切割标本上实现闭合切割曲线。

Description

无机械运动实现精确激光切割轨迹和显微细胞切割方法
技术领域
本发明涉及精准医学及精准生命科学实验研究领域，尤其涉及细胞切割。
背景技术
近年来各类高通量组学技术(如蛋白组、基因组)的快速发展，以及精准医学的快速进步，为标靶组织、标靶细胞群、标靶单细胞、标靶亚细胞器等结构的获取，提出了更高的要求：需要从组织切片中分离出数个乃至单个标靶细胞甚至亚细胞器结构，并保留其完整的空间信息。能够在保持细胞生长自然环境空间信息条件下，获取细胞的方法主要有激光细胞显微切割方法。
在已有激光显微切割方法中，通常是使用光学透镜方法来减小激光光斑，实现小到几个微米的激光切割线，中国发明专利申请2015107833167公布了一种借用空间光调制器实现亚微米激光光斑从而减小激光切割线的方法。已有的激光细胞显微切割方法，是通过驱动电动载物台使得聚焦激光束绕标靶周围一周实现闭合切割曲线；也有使用扫描振镜将透射其上的激光束反射到不同位置实现闭合切割曲线的。然而，机械运动闭合曲线需要非常高的控制精度、加工精度、组装精度，尤其是在标靶是直径只有十几个微米的细胞，甚至是直径只有几个微米的亚细胞或者直径只有1个微米或者更小的亚细胞器的时候，机械运动实现闭合标靶的切割是极具挑战的难题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种激光切割方法，无需机械运动就能够实现激光精确切割轨迹的确定。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法,该方法包含有按照顺序排列的激光发射器、具有阵列式开关微单元的空间光调制器、聚焦透镜组、待切割标本，还包含有与空间光调制器电相连的控制单元；
空间光调制器放置在激光发射器与待切割标本之间，使得空间光调制器与用于聚焦激光束的聚焦透镜组的焦面共轭；所述激光发射器发出的入射激光束在空间光调制器上产生至少1个主光斑；所述主光斑覆盖到空间光调制器的N个相邻微单元上；所述激光束的其它光斑还覆盖空间光调制器的M个微单元，M≥0；
在主光斑覆盖的N个微单元中，通过编程调整与空间光调制器电相连的控制单元，只打开其中n个相邻且首尾闭合的微单元使其首尾连接为中空的闭合曲线，n≤N，其它的N-n+M个微单元为关闭状态；使得从空间光调制器出射的激光束经过聚焦透镜组后投射到待切割标本上时，也呈现中空的闭合曲线，从而在待切割标本上实现闭合切割曲线。
在一较佳实施例中：通过调整所述中空闭合曲线上沿法线方向微镜单元的个数p，p≥1，来调整待切割标本的切割线宽度δ。
在一较佳实施例中：通过调整所述中空闭合曲线上沿法线方向微镜单元的个数p，p≥1，来调整待切割标本的切割线宽度δ，
在一较佳实施例中：通过调节所述中空闭合曲线所包围的部分中，呈现关闭状态的微单元个数q，q≥1，来调整待切割标本切割区域的面积大小Δ，
在一较佳实施例中：通过调节激光发射器的功率来调整待切割标本的切割线深度。
在一较佳实施例中：在激光发射器与空间光调制器之间，还具有扩束透镜组，其放大倍数B满足：
空间光调制器内切圆的直径D≤入射激光束内切圆直径d*B。
本发明还提供了一种显微细胞切割方法，包括显微镜、待切割标本；使用上述的无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法对所述待切割标本进行激光显微切割；
所述的待切割标本为生物组织或者生物细胞样本。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
1.本发明提供的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，通过控制空间光调制器中的微单元打开或关闭，使得打开的微单元可以通过激光，而关闭的激光不能通过激光。利用这个原理，设置打开的微单元共同组成一个中空闭合的曲线，这样经过空间光调制器中的激光照射至待切割标本上时，也形成一个中空闭合曲线。这样就形成了一个激光切割的轨迹。从上述的分析过程可知，本方法中无需任何机械运动，因此切割轨迹的调整精度非常高。
2.本发明提供的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，通过调整所述中空闭合曲线上沿法线方向微镜单元的个数p，p≥1，来调整待切割标本的切割线宽度δ。
3.本发明提供的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，通过调节所述中空闭合曲线所包围的部分中，呈现关闭状态的微单元个数q，q≥1，来调整待切割标本切割区域的面积大小Δ。
4.本发明提供的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，通过调节激光发射器的功率来调整待切割标本4的切割线深度。
附图说明
图1为本发明优选实施例的光路示意图；
图2为本发明优选实施例的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。
参考图1-2，一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法,该方法包含有按照顺序排列的激光发射器1、具有阵列式开关微单元的空间光调制器2、聚焦透镜组3、待切割标本4，还包含有与空间光调制器电相连的控制单元5；
空间光调制器放置2在激光发射器1与待切割标本4之间，使得空间光调制器2与用于聚焦激光束的聚焦透镜组3的焦面共轭；所述激光发射器1发出的入射激光束在空间光调制器2上产生至少1个主光斑；所述主光斑覆盖到空间光调制器2的N个相邻微单元上；所述激光束的其它光斑还覆盖空间光调制器2的M个微单元，M≥0；
在主光斑覆盖的N个微单元中，通过编程调整与空间光调制器2电相连的控制单元5，只打开其中n个相邻且首尾闭合的微单元使其首尾连接为中空的闭合曲线21，n≤N，其它的N-n+M个微单元22为关闭状态；使得从空间光调制器2出射的激光束经过聚焦透镜组3后投射到待切割标本4上时，也呈现中空的闭合曲线41，从而在待切割标本4上实现闭合切割曲线。
上述的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，通过控制空间光调制器2中的微单元打开或关闭，使得打开的微单元可以通过激光，而关闭的激光不能通过激光。利用这个原理，设置打开的微单元共同组成一个中空闭合的曲线，这样经过空间光调制器2中的激光照射至待切割标本4上时，也形成一个中空闭合曲线。这样就形成了一个激光切割的轨迹。从上述的分析过程可知，本方法中无需任何机械运动，因此切割轨迹的调整精度非常高。
进一步的，为了能够微调所述闭合切割曲线，可以通过调整所述中空闭合曲线上沿法线方向微镜单元的个数p，p≥1，来调整待切割标本4的切割线宽度δ，
还可以通过调节所述中空闭合曲线所包围的部分中，呈现关闭状态的微单元个数q，q≥1，来调整待切割标本4切割区域的面积大小Δ，
又或者，通过调节激光发射器1的功率来调整待切割标本4的切割线深度。
本实施例，在激光发射器1与空间光调制器2之间，还具有扩束透镜组6，其放大倍数B满足：
空间光调制器内切圆的直径D≤入射激光束内切圆直径d*B。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，本实施例意在说明该发明的想法和工作原理，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何形状和结构的细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法,其特征在于：该方法包含有按照顺序排列的激光发射器、具有阵列式开关微单元的空间光调制器、聚焦透镜组、待切割标本，还包含有与空间光调制器电相连的控制单元；
空间光调制器放置在激光发射器与待切割标本之间，使得空间光调制器与用于聚焦激光束的聚焦透镜组的焦面共轭；所述激光发射器发出的入射激光束在空间光调制器上产生至少1个主光斑；所述主光斑覆盖到空间光调制器的N个相邻微单元上；所述激光束的其它光斑还覆盖空间光调制器的M个微单元，M≥0；
在主光斑覆盖的N个微单元中，通过编程调整与空间光调制器电相连的控制单元，只打开其中n个相邻且首尾闭合的微单元使其首尾连接为中空的闭合曲线，n≤N，其它的N-n+M个微单元为关闭状态；使得从空间光调制器出射的激光束经过聚焦透镜组后投射到待切割标本上时，也呈现中空的闭合曲线，从而在待切割标本上实现闭合切割曲线。
2.根据权利要求1所述的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，其特征在于：通过调整所述中空闭合曲线上沿法线方向微镜单元的个数p，p≥1，来调整待切割标本的切割线宽度δ，
3.根据权利要求1所述的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，其特征在于：通过调节所述中空闭合曲线所包围的部分中，呈现关闭状态的微单元个数q，q≥1，来调整待切割标本切割区域的面积大小Δ，
4.根据权利要求1所述的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，其特征在于：通过调节激光发射器的功率来调整待切割标本的切割线深度。
5.根据权利要求1所述的一种无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法，其特征在于：在激光发射器与空间光调制器之间，还具有扩束透镜组，其放大倍数B满足：
空间光调制器内切圆的直径D≤入射激光束内切圆直径d*B。
6.一种显微细胞切割方法，其特征在于：包括显微镜、待切割标本；使用权利要求1-5中任一项所述的无机械运动实现精确激光切割轨迹的方法对所述待切割标本进行激光显微切割；
所述的待切割标本为生物组织或者生物细胞样本。
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