CN108873294A - 一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括装置本体，所述装置本体包括显微镜以及设置在显微镜上的光镊设备，所述显微镜包括从下而上的底座、载物台和镜筒，所述镜筒的底部设置有物镜，顶部设置有目镜，所述物镜的下方设置有粒子或细胞室，所述粒子或细胞室设置于载物台，所述光镊设备包括设置在底座上的第一光镊发射器和第二光镊发射器，所述第一光镊发射器和第二光镊发射器所产生的激光光镊穿过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两侧。本发明设置的两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3‑5倍，同时达到驱动、控制或分离多个粒子的光镊效果。

Description

一种双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，尤其涉及一种双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，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。本实用新型通过本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，提供一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，本发明设置的两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3-5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：

一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括装置本体，所述装置本体包括显微镜以及设置在显微镜上的光镊设备，所述显微镜包括从下而上的底座、载物台和镜筒，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，所述物镜的下方设置有粒子或细胞室，所述粒子或细胞室设置于载物台，所述载物台上设置有透光孔，所述透光孔位于粒子或细胞室的底部，所述粒子或细胞室的一侧设置有光源，另一侧设置有背光板；所述光镊设备包括设置在底座上的第一光镊发射器和第二光镊发射器，所述第一光镊发射器和第二光镊发射器所产生的激光光镊穿过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两侧。

作为优选，所述第一光镊发射器和第二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。

作为优选，所述第一光镊发射器和第二光镊发射器呈相对倾斜设置在底座上，其倾斜的夹角设置在5至15度。

作为优选，所述底座设置有固定第一光镊发射器和第二光镊发射器的安装座，所述安装座与底座上设置的安装槽连接。

作为优选，所述载物台设置为可移动的载物台，所述可移动的载物台设置有X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构，所述X轴驱动机构连接Y轴驱动机构，所述Y轴驱动机构连接Z轴驱动机构，所述Z轴驱动机构与底座一侧设置的支撑臂连接。

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。

本发明的有益效果是：

1.本发明设置的两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3-5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为本发明涉及的粒子或细胞室结构示意图；

图3为本发明涉及的光镊捕获粒子或细胞的示意图。

图中标号说明：显微镜1，光镊设备2，底座3，载物台4，镜筒5，物镜6，目镜7，滤光片8，粒子或细胞室9，透光孔10，光源11，背光板12，安装座13，安装槽14，X轴驱动机构401，Y轴驱动机构402，Z轴驱动机构403，石英玻璃室901，收集室902，通道903、细胞904，不合格细胞905。

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3所示，一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括装置本体，所述装置本体包括显微镜1以及设置在显微镜1上的光镊设备2，所述显微镜1包括从下而上的底座3、载物台4和镜筒5，所述镜筒5的底部设置有物镜6，顶部设置有目镜7，所述目镜7和物镜6之间设置有滤光片8，所述物镜6的下方设置有粒子或细胞室9，所述粒子或细胞室9设置于载物台4，所述载物台4上设置有透光孔10，所述透光孔10位于粒子或细胞室9的底部，所述粒子或细胞室9的一侧设置有光源11，另一侧设置有背光板12；所述光镊设备2包括设置在底座上3的第一光镊发射器和第二光镊发射器，所述第一光镊发射器和第二光镊发射器所产生的激光光镊穿过载物台4上的透光孔10在粒子或细胞室9后聚焦在粒子或细胞的两侧。

作为优选，所述第一光镊发射器和第二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。

作为优选，所述第一光镊发射器和第二光镊发射器呈相对倾斜设置在底座3上，其倾斜的夹角设置在5至15度。

作为优选，所述底座3设置有固定第一光镊发射器和第二光镊发射器的安装座13，所述安装座13与底座3上设置的安装槽14连接。

作为优选，所述载物台4设置为可移动的载物台，所述可移动的载物台设置有X轴驱动机构401、Y轴驱动机构402和Z轴驱动机构403，所述X轴驱动机构401连接Y轴驱动机构402，所述Y轴驱动机构402连接Z轴驱动机构403，所述Z轴驱动机构403与底座3一侧设置的支撑臂15连接。

作为优选，所述粒子或细胞室9设置为透明的石英玻璃室901，其石英玻璃室901的两侧设置有粒子或细胞的收集室902，所述收集室902和石英玻璃室901之间设置有粒子或细胞的通道903，其中，设置的通道903方便粒子或细胞进入。

具体实施例：

用户使用本发明一种双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的粒子或细胞，挑选出不合格的粒子或细胞，开启光镊发生器，其中，光镊发射器产生的光镊聚集到粒子或细胞室9内的被挑选的细胞或粒子的两侧，类似于镊子，通过可移动的载物台使夹取的粒子或细胞移动到粒子或细胞的收集室902内，挑选出体积异常或不合格的粒子或细胞，如图2所示。

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 (6)

1.一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，包括装置本体，所述装置本体包括显微镜（1）以及设置在显微镜（1）上的光镊设备（2），其特征在于： 所述显微镜（1）包括从下而上的底座（3）、载物台（4）和镜筒（5），所述镜筒（5）的底部设置有物镜（6），顶部设置有目镜（7），所述目镜（7）和物镜（6）之间设置有滤光片（8），所述物镜（6）的下方设置有粒子或细胞室（9），所述粒子或细胞室（9）设置于载物台（4），所述载物台（4）上设置有透光孔（10），所述透光孔（10）位于粒子或细胞室（9）的底部，所述粒子或细胞室（9）的一侧设置有光源（11），另一侧设置有背光板（12）；所述光镊设备（2）包括设置在底座上（3）的第一光镊发射器和第二光镊发射器，所述第一光镊发射器和第二光镊发射器所产生的激光光镊穿过载物台（4）上的透光孔（10）在粒子或细胞室（9）后聚焦在粒子或细胞的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述第一光镊发射器和第二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。

3.根据权利要求1所述的一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述第一光镊发射器和第二光镊发射器呈相对倾斜设置在底座（3）上，其倾斜的夹角设置在5至15度。

4.根据权利要求1所述的一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述底座（3）设置有固定第一光镊发射器和第二光镊发射器的安装座（13），所述安装座（13）与底座（3）上设置的安装槽（14）连接。

5.根据权利要求1所述的一种双激光的光镊捕获粒子或细胞的装置，其特征在于：所述载物台（4）设置为可移动的载物台，所述可移动的载物台设置有X轴驱动机构（401）、Y轴驱动机构（402）和Z轴驱动机构（403），所述X轴驱动机构（401）连接Y轴驱动机构（402），所述Y轴驱动机构（402）连接Z轴驱动机构（403），所述Z轴驱动机构（403）与底座（3）一侧设置的支撑臂（15）连接。

6.根据权利要求1所述的一种双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（9）设置为透明的石英玻璃室（901），其石英玻璃室（901）的两侧设置有粒子或细胞的收集室（902），所述收集室（902）和石英玻璃室（901）之间设置有粒子或细胞的通道（903）。