CN108873293A - 一种具有四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四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括底座、载物台和镜筒，所述底座的一侧设置有支撑臂，所述支撑臂与载物台和镜筒连接，所述粒子或细胞室位于载物台，所述载物台上设置有避让孔，所述避让孔上设置有连接粒子或细胞室的透光板，所述透光板的底部设置有连接底座的光镊设备，所述光镊设备包括可移动平台以及设置在可移动平台上的光源和四个光镊发射器，其产生的激光光镊可穿过透光板在粒子或细胞室后聚焦在粒子或细胞的四周。本发明设置的四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30‑40倍，同时达到驱动、控制或分离多个粒子的光镊效果。

Description

一种具有四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，尤其涉及一种具有四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量级，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，提供一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，本发明设置的四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30-40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：

一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括底座、载物台和镜筒，所述底座的一侧设置有支撑臂，所述支撑臂与载物台和镜筒连接，所述镜筒的顶部设置有目镜，底部设置有物镜，所述物镜的底部设置有粒子或细胞室，所述粒子或细胞室位于载物台，所述载物台上设置有避让孔，所述避让孔上设置有连接粒子或细胞室的透光板，所述透光板的底部设置有连接底座的光镊设备，所述光镊设备包括可移动平台以及设置在可移动平台上的光源和四个光镊发射器，四个所述光镊发射器呈90度设置在光源的四周，其产生的激光光镊可穿过透光板在粒子或细胞室后聚焦在粒子或细胞的四周。

作为优选，所述镜筒设置有滤光片，所述滤光片位于物镜和目镜之间。

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；四个所述光镊发射器倾斜设置在可移动平台上，其倾斜的角度设置在5至15度。

作为优选，所述可移动平台包括连接光镊发射器的旋转平台以及与旋转平台连接的X轴移动机构，所述X轴移动机构与Y轴移动机构连接，所述Y轴移动机构通过Z轴移动机构与底座连接。

作为优选，所述旋转平台包括连接X轴驱动机构的第一平台以及与光镊发射器和光源连接的第二平台，所述第二平台通过旋转轴与第一平台旋转连接。

作为优选，所述X轴驱动机构包括X轴底座以及设置在X轴底座与第一平台连接的X轴丝杆和X轴导轨，所述X轴导轨设置于X轴丝杆的两侧，所述X轴丝杆与X轴底座一侧设置的X轴手摇柄连接。

作为优选，所述Y轴移动机构包括Y轴底座以及设置在Y轴底座与X轴底座连接的Y轴丝杆和Y轴导轨，所述Y轴导轨设置于Y轴丝杆的两侧，所述Y轴丝杆与Y轴底座一侧设置的Y轴手摇柄连接。

作为优选，所述Z轴移动机构包括连接底座的底盘以及与Y轴底座连接的Z轴支撑柱，所述Z轴支撑柱与底盘上设置的Z轴丝杆旋转连接，所述Z轴丝杆上设置有定位导向槽，所述定位导向槽与Y轴底座底部设置的导向块连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明设置的四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30-40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，便于研究人员配置使用。

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：底座1，载物台2，镜筒3，支撑臂4，目镜5，物镜6，粒子或细胞室7，透光板8，光镊设备9，可移动平台10，光源11，光镊发射器12，石英玻璃室701，收集室702，通道703，不合格粒子或细胞704，合格粒子或细胞705，旋转平台13，X轴移动机构14，Y轴移动机构15，第一平台131，第二平台132，X轴驱动机构14，Y轴移动机构15，导向块151，Z轴移动机构16，底盘161，Z轴支撑柱162，Z轴丝杆163，定位导向槽164。

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，一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括底座1、载物台2和镜筒3，所述底座1的一侧设置有支撑臂4，所述支撑臂4与载物台2和镜筒3连接，所述镜筒3的顶部设置有目镜5，底部设置有物镜6，所述物镜6的底部设置有粒子或细胞室7，所述粒子或细胞室7位于载物台2，所述载物台2上设置有避让孔，所述避让孔上设置有连接粒子或细胞室7的透光板8，所述透光板8的底部设置有连接底座1的光镊设备9，所述光镊设备9包括可移动平台10以及设置在可移动平台10上的光源11和四个光镊发射器12，四个所述光镊发射器12呈90度设置在光源11的四周，其产生的激光光镊可穿过透光板8在粒子或细胞室7后聚焦在粒子或细胞的四周。

作为优选，所述镜筒3设置有滤光片，所述滤光片位于物镜6和目镜5之间。

作为优选，所述粒子或细胞室7设置为透明的石英玻璃室701，其石英玻璃室701的两侧设置有粒子或细胞的收集室702，所述收集室702和石英玻璃室701之间设置有粒子或细胞的通道703。

作为优选，所述光镊发射器12采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器；四个所述光镊发射器12倾斜设置在可移动平台10上，其倾斜的角度设置在5至15度。

作为优选，所述可移动平台10包括连接光镊发射器12的旋转平台13以及与旋转平台13连接的X轴移动机构14，所述X轴移动机构14与Y轴移动机构15连接，所述Y轴移动机构15通过Z轴移动机构16与底座1连接。

作为优选，所述旋转平台13包括连接X轴驱动机构14的第一平台131以及与光镊发射器12和光源11连接的第二平台132，所述第二平台132通过旋转轴与第一平台131旋转连接。

作为优选，所述X轴驱动机构14包括X轴底座以及设置在X轴底座与第一平台131连接的X轴丝杆和X轴导轨，所述X轴导轨设置于X轴丝杆的两侧，所述X轴丝杆与X轴底座一侧设置的X轴手摇柄连接。

作为优选，所述Y轴移动机构15包括Y轴底座以及设置在Y轴底座与X轴底座连接的Y轴丝杆和Y轴导轨，所述Y轴导轨设置于Y轴丝杆的两侧，所述Y轴丝杆与Y轴底座一侧设置的Y轴手摇柄连接。

作为优选，所述Z轴移动机构16包括连接底座1的底盘161以及与Y轴底座连接的Z轴支撑柱162，所述Z轴支撑柱162与底盘161上设置的Z轴丝杆163旋转连接，所述Z轴丝杆163上设置有定位导向槽164，所述定位导向槽164与Y轴底座底部设置的导向块151连接。

具体实施例：

用户使用本发明一种四激光的光镊捕获粒子或细胞，通过镜筒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，且在捕获抓取的同时，通过设置的X轴驱动机构14，Y轴移动机构15移动被夹取的细胞或粒子，通过Z轴移动机构16可以调整光镊发生器的高度，使光镊发生器的高度发射的光镊夹取不同高度的粒子或细胞，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 (9)

1.一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括底座（1）、载物台（2）和镜筒（3），其特征在于：所述底座（1）的一侧设置有支撑臂（4），所述支撑臂（4）与载物台（2）和镜筒（3）连接，所述镜筒（3）的顶部设置有目镜（5），底部设置有物镜（6），所述物镜（6）的底部设置有粒子或细胞室（7），所述粒子或细胞室（7）位于载物台（2），所述载物台（2）上设置有避让孔，所述避让孔上设置有连接粒子或细胞室（7）的透光板（8），所述透光板（8）的底部设置有连接底座（1）的光镊设备（9），所述光镊设备（9）包括可移动平台（10）以及设置在可移动平台（10）上的光源（11）和四个光镊发射器（12），四个所述光镊发射器（12）呈90度设置在光源（11）的四周，其产生的激光光镊可穿过透光板（8）在粒子或细胞室（7）后聚焦在粒子或细胞的四周。

2.根据权利要求1所述的一种具有四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（3）设置有滤光片，所述滤光片位于物镜（6）和目镜（5）之间。

3.根据权利要求1所述的一种具有四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（7）设置为透明的石英玻璃室（701），其石英玻璃室（701）的两侧设置有粒子或细胞的收集室（702），所述收集室（702）和石英玻璃室（701）之间设置有粒子或细胞的通道（703）。

4.根据权利要求1所述的一种具有四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（12）采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器；四个所述光镊发射器（12）倾斜设置在可移动平台（10）上，其倾斜的角度设置在5至15度。

5.根据权利要求1所述的一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述可移动平台（10）包括连接光镊发射器（12）的旋转平台（13）以及与旋转平台（13）连接的X轴移动机构（14），所述X轴移动机构（14）与Y轴移动机构（15）连接，所述Y轴移动机构（15）通过Z轴移动机构（16）与底座（1）连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述旋转平台（13）包括连接X轴驱动机构（14）的第一平台（131）以及与光镊发射器（12）和光源（11）连接的第二平台（132），所述第二平台（132）通过旋转轴与第一平台（131）旋转连接。

7.根据权利要求5所述的一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述X轴驱动机构（14）包括X轴底座以及设置在X轴底座与第一平台（131）连接的X轴丝杆和X轴导轨，所述X轴导轨设置于X轴丝杆的两侧，所述X轴丝杆与X轴底座一侧设置的X轴手摇柄连接。

8.根据权利要求5所述的一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述Y轴移动机构（15）包括Y轴底座以及设置在Y轴底座与X轴底座连接的Y轴丝杆和Y轴导轨，所述Y轴导轨设置于Y轴丝杆的两侧，所述Y轴丝杆与Y轴底座一侧设置的Y轴手摇柄连接。

9.根据权利要求5所述的一种具有四个激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述Z轴移动机构（16）包括连接底座（1）的底盘（161）以及与Y轴底座连接的Z轴支撑柱（162），所述Z轴支撑柱（162）与底盘（161）上设置的Z轴丝杆（163）旋转连接，所述Z轴丝杆（163）上设置有定位导向槽（164），所述定位导向槽（164）与Y轴底座底部设置的导向块（151）连接。