CN108831581A - 一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括带有可移动载物台的显微镜以及设置在显微镜上的光镊设备，所述光镊设备包括底盘以及设置在底盘上的三个光镊发射器，三个所述光镊发射器呈等距三角排布，所述底盘包括连接显微镜的升降底盘以及与光镊发射器连接的旋转底盘；所述显微镜包括从上而下依次设置的镜筒、可移动载物台和底座，所述镜筒的底部设置有粒子或细胞室，所述粒子或细胞室位于可移动载物台，所述可移动载物台设置有连接粒子或细胞室的避让孔。本发明设置的三个激光光镊发射器与传统的光镊技术相比提取的细胞体积和细胞质量是普通光镊技术的10‑20倍，同时达到驱动、控制或分离多个粒子的光镊效果。

Description

一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置

技术领域

本发明涉及光镊技术领域，尤其涉及一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置。

背景技术

在生命科学、化学、纳米科技等领域需要对微小物体，如细 胞核、DNA链、分子基团、微机械结构等进行各种操控和测试， 如搬运、切割、剥离、嫁接、注入、组装、固化、激活、荧光检 测、电泳检测等，常见微观操控手段包括机械探针、分子钳、光 镊等，其中机械探针可以对细胞进行穿刺；分子钳可以把细胞吸 附在毛细管前端，定量测量细胞膜的离子通道；光镊可以依靠聚 焦光斑中剧烈变化的梯度光场捕获并移动微小颗粒，同时还可利 用高能光场诱导化学反应，进行固化、激活等(参见D.G.Grier， A revolution in opticalmanipulation，Nature，Vol.424， pp.810-816，2003)。其中光镊无需任何机械接触，在微小物体的 操控测试领域具有广阔应用前景。但目前各种产生光镊的方法在 聚焦精度、移动、定位精度与速度、光镊数目等方面还未达到最 理想状态。例如采用显微物镜聚焦方式来形成光镊，并通过精密 机械移动光镊，光镊数目太少，机械定位精度和速度低，不利于 复杂微观操作。随着全息技术和空间光调制器的引入，通过对光 学波前的控制来制作阵列光镊成为可能。但利用全息干板一般只 能产生静态光镊，虽然光镊的数目可增加很多，但如何动态移动 光镊，特别是按照任意路径各自独立地移动每一根光镊非常困 难，因为全息干板上的干涉条纹是固定的。利用空间光调制器虽 然可以通过光学波前控制来动态产生和移动光镊，但精度还受到 一定程度的限制，因为空间光调制器的每个像素的尺寸一般远远大于光学波长。

申请号为CN201310689252.5的发明专利，公开了一种单离子束辐照光镊操作装置，在样品室的正下方设有光镊设备，光镊设备通过发射的激光将样品托举在样品室中。样品室的左右两侧分别设有单离子束终端和离子探测器，单离子束终端在水平方向上向样品室中的样品发射离子束对样品进行辐照而产生荧光信号。样品室的正上方从下向上依次设有显微镜物镜、滤光片和荧光探测器，样品受辐照产生的荧光信号经显微镜物镜聚集，再透过滤光片到达荧光探测器被检测。单离子束终端发射离子束的辐射路径与显微镜物镜所观察的样品荧光信号光路相互垂直且互不干扰。本发明操作便捷，解决了单个细胞无损操作技术，还可以同时检测离子信号和样品荧光信号，实现实时检测细胞辐照响应信号在线检测技术。

申请号为CN201110322545.0 的发明专利，公开了一种激光光镊显微镜，包括镜筒、图像传感器、显微物镜、可上下移动载物台、载物基片、支架和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体上的数字光学位相共轭装置，镜筒固定在支架上，可上下移动载物台通过齿条连接在支架上，载物基片放置在可上下移动载物台上，用于对放置在载物基片上的物体进行放大成像的显微物镜安装在镜筒的底部，用于记录放大显微图像的图像传感器设置在镜筒内并位于显微物镜上方。本发明提高光镊的聚焦精度和定位精度；无需精密机械马达，提高光镊的移动速度；可增加光镊数目，并对任意一个激光光镊进行独立操作，通过多个光镊的配合实现高精度复杂微观操作。

申请号为CN201120424355.5的实用新型专利，该实用新型专利公开了一种具有大范围和高深-宽比测量能力的扫描隧道显微镜，包括L型基座底板、第一转接板、X轴手动平移台、Y轴手动平移台、X轴直流电动平移台、Y轴直流电动平移台、手动倾角台、第二转接板、样品台顺次相连，L型基座侧板上部设有第三转接板，第三转接板上顺次设有动平移台、Z轴直流电动平移台、压电陶瓷固定块，压电陶瓷固定块垂直设有压电陶瓷，压电陶瓷下端顺次设有前置放大电路单元、探针夹持机构和探针。该实用新型将扫描隧道显微镜技术的测量范围从微米量级提升到毫米两级，深宽比测量能力从小于1:1提升到50:1以上，从而提高了扫描隧道显微技术在微纳测量领域的应用能力。

自激光光镊被发明以来，由于其具有非接触、无损伤地操纵微纳尺度粒子的特性，被认为是最理想的单分子、单细胞、微粒、微纳器件操作技术。

该方法整个分选过程操作复杂，当待分选细胞表面不含有抗原或待分选细胞为变异个体或待分选细胞为细菌时，该方法则无法实现细胞分选功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，本发明设置的三个激光光镊发射器与传统的光镊技术相比提取的细胞体积和细胞质量是普通光镊技术的10-20倍，同时达到驱动、控制或分离多个粒子的光镊效果。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括带有可移动载物台的显微镜以及设置在显微镜上的光镊设备，所述光镊设备包括底盘以及设置在底盘上的三个光镊发射器，三个所述光镊发射器呈等距三角排布，所述底盘包括连接显微镜的升降底盘以及与光镊发射器连接的旋转底盘；所述显微镜包括从上而下依次设置的镜筒、可移动载物台和底座，所述底座的一侧设置有支撑臂，所述支撑臂与可移动载物台和镜筒连接，所述镜筒的底部设置有粒子或细胞室，所述粒子或细胞室位于可移动载物台，所述可移动载物台设置有连接粒子或细胞室的避让孔，所述避让孔的下方设置有光镊发射器，所述光镊发射器通过底盘与底座连接。

作为优选，所述升降底盘包括连接底座的第一底盘以及与旋转底盘连接的第二底盘，所述第二底盘和第一底盘之间设置有支撑柱，所述支撑柱通过丝杆与第一底盘和第二底盘旋转连接，所述第二底盘设置有定位导向柱和旋转卡槽，所述旋转卡槽与支撑柱上设置的卡扣旋转连接，所述定位导向柱与丝杆上设置的定位导向槽连接。

作为优选，所述旋转底盘包括连接光镊发射器的第三底盘以及与第二底盘旋转连接的旋转轴，所述旋转轴连接第三底盘。

作为优选，所述镜筒的底部设置有物镜，顶部设置有目镜，所述目镜和物镜之间设置有滤光片。

作为优选，所述光镊发射器采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器；三个所述光镊发射器倾斜设置在底盘上，其倾斜的角度设置在5至15度；三个所述光镊发射器所产生的激光光镊穿过可移动载物台上的透光孔在粒子或细胞室后聚焦在粒子或细胞的侧边。

作为优选，所述可移动载物台设置有X轴驱动机构和Y轴驱动机构，所述X轴驱动机构连接Y轴驱动机构，所述Y轴驱动机构与支撑臂连接。

作为优选，所述粒子或细胞室设置为透明的石英玻璃室，其石英玻璃室的两侧设置有粒子或细胞的收集室，所述收集室和石英玻璃室之间设置有粒子或细胞的通道。

作为优选，所述旋转底盘上还设置有光源，所述光源位于三个所述光镊发射器的中间位置。

本发明的有益效果是：

1.本发明设置的三个激光光镊发射器与传统的光镊技术相比提取的细胞体积和细胞质量是普通光镊技术的10-20倍，同时达到驱动、控制或分离多个粒子的光镊效果。

2.实现高精度复杂微观操作，提高操作效率和精度，对俘获粒子进行固定、搬运以及传递等操作，同时使光镊的捕获特性得到极大改善，便于研究人员使用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的结构示意图；

图2为本发明涉及的光镊设备结构示意图；

图3为本发明涉及的光镊设备俯视图；

图4为本发明涉及的粒子或细胞室结构示意图。

图中标号说明：显微镜1，光镊设备2，底盘3，光镊发射器4，升降底盘5，旋转底盘6，镜筒7，可移动载物台8，底座9，支撑臂10，粒子或细胞室11，避让孔801，第一底盘501，第二底盘502，支撑柱503，丝杆504，定位导向柱505，旋转卡槽506，卡扣507，定位导向槽508，第三底盘601，旋转轴602，物镜12，目镜13，X轴驱动机构14，Y轴驱动机构15，光源16，石英玻璃室111，粒子或细胞的通道113，不合格粒子或细胞114，合格粒子或细胞115。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

参照图1至图4所示，一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括带有可移动载物台的显微镜1以及设置在显微镜1上的光镊设备2，所述光镊设备2包括底盘3以及设置在底盘3上的三个光镊发射器4，三个所述光镊发射器4呈等距三角排布，所述底盘3包括连接显微镜1的升降底盘5以及与光镊发射器4连接的旋转底盘6；所述显微镜1包括从上而下依次设置的镜筒7、可移动载物台8和底座9，所述底座9的一侧设置有支撑臂10，所述支撑臂10与可移动载物台8和镜筒7连接，所述镜筒7的底部设置有粒子或细胞室11，所述粒子或细胞室11位于可移动载物台8，所述可移动载物台8设置有连接粒子或细胞室11的避让孔801，所述避让孔801的下方设置有光镊发射器4，所述光镊发射器4通过底盘3与底座9连接。

作为优选，所述升降底盘5包括连接底座9的第一底盘501以及与旋转底盘6连接的第二底盘502，所述第二底盘502和第一底盘501之间设置有支撑柱503，所述支撑柱503通过丝杆504与第一底盘501和第二底盘502旋转连接，所述第二底盘502设置有定位导向柱505和旋转卡槽506，所述旋转卡槽506与支撑柱503上设置的卡扣507旋转连接，所述定位导向柱505与丝杆504上设置的定位导向槽508连接。

作为优选，所述旋转底盘6包括连接光镊发射器4的第三底盘601以及与第二底盘502旋转连接的旋转轴602，所述旋转轴602连接第三底盘601。

作为优选，所述镜筒7的底部设置有物镜12，顶部设置有目镜13，所述目镜13和物镜12之间设置有滤光片。

作为优选，所述光镊发射器4采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器；三个所述光镊发射器4倾斜设置在底盘3上，其倾斜的角度设置在5至15度；三个所述光镊发射器4所产生的激光光镊穿过可移动载物台8上的透光孔801在粒子或细胞室11后聚焦在粒子或细胞的侧边。

作为优选，所述可移动载物台8设置有X轴驱动机构14和Y轴驱动机构15，所述X轴驱动机构14连接Y轴驱动机构15，所述Y轴驱动机构15与支撑臂10连接。

作为优选，所述粒子或细胞室11设置为透明的石英玻璃室111，其石英玻璃室111的两侧设置有粒子或细胞的收集室112，所述收集室112和石英玻璃室111之间设置有粒子或细胞的通道113。

作为优选，所述旋转底盘6上还设置有光源16，所述光源16位于三个所述光镊发射器4的中间位置。

具体实施例：

用户使用本发明一种三激光的光镊捕获粒子或细胞，通过显微镜观察粒子或细胞室内异常或不合格粒子或细胞，挑选出不合格粒子或细胞，（如附图4所示），开启光镊发生器，其中，光镊发生器产生的光镊聚集到粒子或细胞室内的被挑选的细胞或粒子的周围，类似于爪子抓取粒子或细胞，且在捕获的同时，通过设置的升降底盘5可以抓取不同高度的粒子或细胞，旋转底盘6能够调节抓取光镊的位置，从而挑选出体积异常或不合格的粒子或细胞。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括带有可移动载物台的显微镜（1）以及设置在显微镜（1）上的光镊设备（2），其特征在于：所述光镊设备（2）包括底盘（3）以及设置在底盘（3）上的三个光镊发射器（4），三个所述光镊发射器（4）呈等距三角排布，所述底盘（3）包括连接显微镜（1）的升降底盘（5）以及与光镊发射器（4）连接的旋转底盘（6）；所述显微镜（1）包括从上而下依次设置的镜筒（7）、可移动载物台（8）和底座（9），所述底座（9）的一侧设置有支撑臂（10），所述支撑臂（10）与可移动载物台（8）和镜筒（7）连接，所述镜筒（7）的底部设置有粒子或细胞室（11），所述粒子或细胞室（11）位于可移动载物台（8），所述可移动载物台（8）设置有连接粒子或细胞室（11）的避让孔（801），所述避让孔（801）的下方设置有光镊发射器（4），所述光镊发射器（4）通过底盘（3）与底座（9）连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述升降底盘（5）包括连接底座（9）的第一底盘（501）以及与旋转底盘（6）连接的第二底盘（502），所述第二底盘（502）和第一底盘（501）之间设置有支撑柱（503），所述支撑柱（503）通过丝杆（504）与第一底盘（501）和第二底盘（502）旋转连接，所述第二底盘（502）设置有定位导向柱（505）和旋转卡槽（506），所述旋转卡槽（506）与支撑柱（503）上设置的卡扣（507）旋转连接，所述定位导向柱（505）与丝杆（504）上设置的定位导向槽（508）连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述旋转底盘（6）包括连接光镊发射器（4）的第三底盘（601）以及与第二底盘（502）旋转连接的旋转轴（602），所述旋转轴（602）连接第三底盘（601）。

4.根据权利要求1所述的一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述镜筒（7）的底部设置有物镜（12），顶部设置有目镜（13），所述目镜（13）和物镜（12）之间设置有滤光片。

5.根据权利要求1所述的一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述光镊发射器（4）采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器；三个所述光镊发射器（4）倾斜设置在底盘（3）上，其倾斜的角度设置在5至15度；三个所述光镊发射器（4）所产生的激光光镊穿过可移动载物台（8）上的透光孔（801）在粒子或细胞室（11）后聚焦在粒子或细胞的侧边。

6.根据权利要求1所述的一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述可移动载物台（8）设置有X轴驱动机构（14）和Y轴驱动机构（15），所述X轴驱动机构（14）连接Y轴驱动机构（15），所述Y轴驱动机构（15）与支撑臂（10）连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述粒子或细胞室（11）设置为透明的石英玻璃室（111），其石英玻璃室（111）的两侧设置有粒子或细胞的收集室（112），所述收集室（112）和石英玻璃室（111）之间设置有粒子或细胞的通道（113）。

8.根据权利要求1所述的一种具有三个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述旋转底盘（6）上还设置有光源（16），所述光源（16）位于三个所述光镊发射器（4）的中间位置。