CN111521545A - 一种完全生物兼容的细胞微马达组装方法和应用 - Google Patents

一种完全生物兼容的细胞微马达组装方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种完全生物兼容的细胞微马达组装方法，所述细胞微马达包括红外激光源、第一反射镜、声光偏转器、扩束镜、二向色镜、物镜、样品台、聚光镜、第一透镜、第二反射镜、第二透镜、CCD相机与倒置显微镜。本发明的有益效果在于，该方法所组装的细胞微马达不仅具有高度安全性、精确可控性和生物兼容性，而且不依赖于细胞的种类和大小，可广泛应用于各种细胞。此外，该方法还被进一步应用于实现细胞微马达的同步平移和旋转，以及构建可控并完全生物兼容的细胞微马达阵列。该方法在靶向药物递送、生物微环境监测、生物传感以及生物医学治疗等方面具有较大的潜在应用价值。

Description

一种完全生物兼容的细胞微马达组装方法和应用
技术领域
本发明属于细胞工程技术领域。更具体地，涉及种完全生物兼容的细胞微马达的组装方法及其应用。
背景技术
由于其在生物医学、化学、环境和微/纳米工程领域的潜在应用，微型马达吸引了研究者们广泛的关注。微马达可用于装载、运输和卸载货物，调节神经纤维生长方向和选择性杀伤癌细胞等方面。这些应用主要是依靠两种基本的机械运动：平移和旋转。光镊利用高度聚焦的激光束，通过光子动量传递来捕获和操纵微米级粒子，不仅可以实现微粒的三维非接触平移，还可以通过角动量传递等方式实现其旋转。特别地，光镊在实现高效、非接触旋转的研究已经在芯片实验室技术上取得重大突破。
到目前为止，使用光镊旋转微粒有两种典型的方法。一种是利用特殊调制的激光束，如利用圆偏振光旋转双折射粒子，以及利用涡旋光束和拉盖尔-高斯光束旋转粒子。另一种是利用微粒的不对称性来改变材料内部的光强分布实现旋转操控，如旋转微涡轮、叶轮状的微转子和不均匀的Janus颗粒。这两种方法都依赖于打破粒子或激光束的物理和结构对称性，需要复杂的光束调制或材料制造过程。此外，这些方法难以实现旋转方向的灵活控制且生物兼容性较差，因此不适用于体内生物医学治疗等应用。
生物细胞易于培养，是构建生物兼容性微型马达最有应用前景的材料。实现微流中生物细胞的可控旋转在基础生物医学研究和临床诊断中也有巨大的应用潜力，如细胞组装、细胞注射和去核。利用光镊可控旋转生物细胞一直是国际上研究热点之一。但是，该技术存在不少亟需解决的问题。
首先，利用光阱施加在细胞上的光力矩依赖于它们特殊的物理或结构特性，不能广泛应用于各种类型的生物细胞。另一方面，为了获得可控的转速，需要较大的激光功率范围，这可能超出了细胞的激光承受范围而导致细胞的光学损伤。因此，探索基于光镊的细胞旋转通用方法，实现具有高度安全性、可控性、良好的生物兼容性以及不依赖于细胞材料种类的非接触细胞旋转式微马达具有重要意义。据我们所知，现有的微型马达和相关技术都未能满足上述所有标准。微流操控过程一般对生物样品不产生附加的损伤，并且该技术对样品组成没有依赖性，而且可以通过调控微流流动方向和速率灵活调控对目标微粒施加的粘性力大小和方向。结合光镊和微流操控的显著优势，将有望构建具有高度安全性、可控性和良好生物兼容性的细胞微马达。
发明内容
微型马达在生物医学上有许多潜在应用，但仍面临着巨大的挑战。实际的生物医学应用要求微马达同时具有高度安全性、精确可控性和生物兼容性等特点，但迄今为止，相关报道几乎没有。在这里，我们提出了一种结合光镊技术和微流操控的多功能方法来构建可控的细胞微型马达。该方法不仅可满足上述相关要求，而且不依赖于细胞的种类和大小，可广泛应用于各种细胞。此外，该方法还被进一步应用于实现细胞微马达的同步平移和旋转，以及构建可控并完全生物兼容的细胞微马达阵列。我们相信，该方法在靶向药物递送、生物微环境监测、生物传感以及生物医学治疗等方面具有较大的潜在应用价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种完全生物兼容的细胞微马达组装方法，所述细胞微马达包括红外激光源、第一反射镜、声光偏转器、扩束镜、二向色镜、物镜、样品台、聚光镜、第一透镜、第二反射镜、第二透镜、CCD相机与倒置显微镜；
所述红外激光源发射出的激光束由第一反射镜导入所述声光偏转器，接着利用所述扩束镜对所述激光束进行扩束整型，使所述激光束的状态为宽准直，再通过所述二向色镜进行反射，将所述激光束导入所述物镜实现高度聚焦并在所述样品池内形成光阱，用于对生物细胞的捕获和操控；所述倒置显微镜的照明光通过所述聚光镜聚焦在样品上；所述物镜采集样本平面上的图像并通过所述二向色镜、所述第二反射镜、所述第二透镜聚焦到所述CCD相机上，实现对样品台内样品的实时观察和记录。
优选的，通过控制声光偏转器，可以在所述样品台内创造若干个动态或静态光阱，每个光阱可预设其运动轨迹或静止位置。
优选的，所述方法中，所述声光偏转器创造一个圆形轨迹的动态扫描光阱，在光力的作用下，样品池内处于动态光阱附近的微粒或细胞会被其捕获并以恒定速度沿着圆形轨道运动，从而在圆形轨道内部形成微漩涡；通过调整动态光阱的扫描频率和方向，所施加的转矩方向和大小也随之改变，从而可以实现微漩涡内部目标细胞微马达的可控旋转。
优选的，所述方法中，通过引入第二个静态光阱，目标细胞可以被稳定捕获在静态光阱中心；目标细胞将围绕静态光阱的光轴作可控性稳定旋转。
优选的，所述方法中，细胞微马达还可以定位在圆形轨迹内的任何其他位置，当在其他位置处非平衡粘性剪切力较大，需要将静态光阱的光功率适当增大，以获得在非中心位置的稳定旋转。
作为本发明的一种应用，通过所提出的本发明方法可以构建具有完全生物兼容性的微米级细胞马达阵列。
作为本发明的另一种应用，还可以用于沿预定路径同步平移和旋转目标细胞。
本发明的有益效果在于，该方法不仅可满足上述相关要求，而且不依赖于细胞的种类和大小，可广泛应用于各种细胞。此外，该方法还被进一步应用于实现细胞微马达的同步平移和旋转，以及构建可控并完全生物兼容的细胞微马达阵列。该方法在靶向药物递送、生物微环境监测、生物传感以及生物医学治疗等方面具有较大的潜在应用价值。
附图说明
图1为本发明的组装方法的光束路径结构示意图；
图2为本发明的细胞微马达原理示意图；
图3a-3e为本发明实施例1中酵母菌的可控旋转的示意图；
图4a-4h为本发明实施例2中莱茵衣藻的可控旋转的示意图；
图5a-5f为本发明实施例3中逆时针旋转过程中定向目标酵母细胞的光学显微照片；
图6a、图6b为本发明实施例4中细胞微马达的同步平移和旋转的示意图；
图7a、7b为本发明实施例5中具有完全生物兼容性的微米级细胞微马达阵列示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，本发明为一种完全兼容的细胞微马达的组装方法，所述细胞微马达包括红外激光源、第一反射镜、声光偏转器、扩束镜、二向色镜、物镜、样品台、聚光镜、第一透镜、第二反射镜、第二透镜、CCD相机与倒置显微镜；
所述红外激光源发射出的激光束由第一反射镜导入所述声光偏转器，接着利用所述扩束镜对所述激光束进行扩束整型，使所述激光束的状态为宽准直，再通过所述二向色镜进行反射，将所述激光束导入所述物镜实现高度聚焦并在所述样品池内形成光阱，用于对生物细胞的捕获和操控；所述倒置显微镜的照明光通过所述聚光镜聚焦在样品上；所述物镜采集样本平面上的图像并通过所述二向色镜、所述第二反射镜、所述第二透镜聚焦到所述CCD相机上，实现对样品台内样品的实时观察和记录。
优选的，通过控制声光偏转器，可以在所述样品台内创造若干个动态或静态光阱，每个光阱可预设其运动轨迹或静止位置。
如图2所示，所述方法中，所述声光偏转器创造一个圆形轨迹的动态扫描光阱，在光力的作用下，样品池内处于动态光阱附近的微粒或细胞会被其捕获并以恒定速度沿着圆形轨道运动，从而在圆形轨道内部形成微漩涡；通过调整动态光阱的扫描频率和方向，所施加的转矩方向和大小也随之改变，从而可以实现微漩涡内部目标细胞微马达的可控旋转。
进一步的所述方法中，通过引入第二个静态光阱，目标细胞可以被稳定捕获在静态光阱中心；目标细胞将围绕静态光阱的光轴作可控性稳定旋转。
更进一步的所述方法中，细胞微马达还可以定位在圆形轨迹内的任何其他位置，当在其他位置处非平衡粘性剪切力较大，需要将静态光阱的光功率适当增大，以获得在非中心位置的稳定旋转。
作为本发明的一种应用，通过所提出的本发明方法可以构建具有完全生物相容性的微米级细胞马达阵列。
实施例1
首先以无运动能力的细胞(酵母菌)为例，证明本技术的有效性。样品培养条件及样品制备和提取方法：30℃条件下，将酵母细胞置于pH为4.5的YPD(酵母提取物，蛋白胨，葡萄糖)培养基中培养；离心洗涤酵母细胞，并使用磷酸盐缓冲盐水(PBS)稀释，以获得合适浓度(本实验细胞浓度约为3.0×10-4uL-1的酵母细胞溶液备用(可以作为目标细胞和轨道细胞使用)；将适量的二氧化硅SiO2微颗粒(直径7.53μm)置于离心管中用去离子水稀释(颗粒与水的体积比约为1∶1000)，并超声清洗10分钟后备用(可以用作轨道微粒)。将载玻片(26×76mm)和盖玻片(24×50mm)在超声清洁器中用酒精洗涤并干燥后，两者之间胶合两张厚度为100μm的塑料片，形成微流体样品池；最后，将酵母细胞溶液或者酵母细胞和SiO2颗粒1∶1的混合溶液注入样品池进行接下来的实验。
首先，将酵母细胞和SiO2颗粒的混合溶液注入样品室中，然后置于倒置显微镜样品台上。为了稳定灵活地旋转混合溶液中的目标细胞，在本实验中，动态光阱的圆形扫描轨迹直径设置为约20-30μm。下面的实验记录中，圆形轨迹直径为24μm。由于施加在被捕获的微粒上的光力与捕获激光的功率呈线性关系，因此，驱动轨道粒子的光功率与其公转速率具有近似线性关系，对于7.53μm Si02胶粒，用于驱动它的功率比率约为20mW/1.2rps。激光器开启后，轨道粒子将沿着动态光阱的扫描轨迹开始匀速圆周运动。通过液体传递粘性力，产生微旋涡并在微旋涡中诱导了目标细胞的旋转。目标细胞的旋转方向由公转方向(即动态光阱的扫描方向)确定。通过控制此扫描方向，可以容易地改变酵母细胞的旋转方向。例如，图3a和图3b分别显示了目标细胞(酵母1，直径～5.5μm)一个完整的逆时针和顺时针旋转周期(360°)。其中轨道粒子的旋转速率设置为9.6rps，驱动该轨道粒子的相应激光功率为160mW。在目标酵母细胞上施加一个额外的静态光阱(3mW)，以保持其质心不发生明显位置波动。在细胞表面上标记白点作为参考点，从图中可以清楚地观察到目标细胞围绕静态光阱的光轴进行可控非接触旋转。通过对三个视频(每个视频中至少包括3个旋转周期)的三个实验值取平均值，可以确定逆时针旋转和顺时针旋转的平均旋转速率分别为1.84和-1.80rps(此处，逆时针方向定义为正，顺时针方向定义为负)。通过进一步的实验，我们也确定了目标细胞旋转速率与轨道粒子的公转速率之间的线性关系，如图3c所示。为了进一步验证结果，我们重复进行了另外两个酵母细胞(酵母2：～5.9μm，酵母3：～5.2μm)的实验。结果显示，利用此技术，当相应轨道粒子的公转速率从-9.6变化至9.6rps时可以将三个目标细胞的旋转速率分别控制在-1.80至1.84rps(图3a，图3b中的酵母1)，-1.86至1.92rps(酵母2)和-1.62至1.59rps(酵母3)之间。此外，目标细胞旋转速率与SiO2颗粒的公转速率显示出近似线性关系。
为了达到完全生物兼容，这里的外源性SiO2轨道粒子可以用溶液中的内源酵母细胞代替，同样可以得到目标酵母细胞的可控旋转。实验证明，当相应的轨道细胞公转速率为-9.6rps和9.6rps时，相应的目标细胞转速为-1.67rps和1.67rps，如图3d，图3e所示。以上证明了生物细胞尽管具有天然的非规则球形形状，却仍可以在不引入任何非生物样品的情况下充当轨道粒子。上述用于可控旋转的细胞微马达是完全生物兼容的，并且具有在不引入外源细胞的情况下创建精确的活生物传感器和微马达的潜力。这使得所提出的方法有望用于体内生物医学应用，例如去除病原体和生物毒素以及体内微环境监测和修复。
实施例2
接下来，以具有天然运动能力的游泳细胞为例，来说明本技术的有效性。与无运动能力的细胞相比，游泳细胞具有更复杂的传感器和细胞器，可用于与外界交流并快速、精确地探测其周围环境。捕获这些微生物并对其进行可控的旋转操作对于提高其在药物递送，生物传感和微环境修复方面的功能无疑具有重要意义。莱茵衣藻(C.renhardtii)是一种单细胞双鞭毛光合微藻，平均游动速度约为110μm/s，在本实验中被选为代表性游泳细胞进行相关研究。其培养条件和样品制备及提取方法将衣藻置于ATP培养基中，室温下(25℃)，交替使用LED灯照明12小时和黑暗环境下培养12小时；然后，在衣藻生长到对数中期时收集细胞，使用TAP培养基将收集的细胞稀释至1∶10的比例，并保存在离心管中备用；酵母细胞培养及制备、SiO2微粒溶液制备、样品池制作方法同前面；将轨道微粒SiO2或轨道细胞(酵母菌)和目标衣藻溶液按照比例1∶1混合，采用针管提取适量溶液放入样品池中开展下面的实验。本实验选用的莱茵衣藻呈椭圆形，短轴约6μm，长轴约10pm。
如图4a所示，为保持旋转过程中目标衣藻质心的稳定，实验中将单光束静态光阱的光功率设置为30mW，以平衡衣藻的天然平移运动力，该激光水平远低于先前研究评估的损伤阈值(120mW)。衣藻一旦被静态光阱捕获，由于两根鞭毛的影响，远离液体边界的衣藻便可以绕其长轴进行自发旋转，自然旋转速率约为0.7-1.5rps(图3a)。通过在与自发旋转方向相反的方向上添加另一个圆形动态光阱，就可以有效控制衣藻的旋转速率和方向。图4b显示了目标衣藻360°逆时针自发旋转过程(轨道颗粒静止)，计算得出其自发旋转速率约为0.95rps。然后，开启反向扫描动态光阱，细胞的旋转速率将逐渐降低。如图4c所示，当运行轨道粒子的旋转速率为-3.6rps时，细胞的固有转矩将与微旋涡粘性剪切力矩达到平衡，目标衣藻停止旋转。继续增大动态光阱的扫描频率，细胞将沿相反方向旋转。如图4d所示，当轨道粒子以-7.2rps公转速率作圆周运动时，衣藻反向旋转(顺时针)，其旋转速率为-0.83rps。一旦关闭动态光阱，细胞就会以与原始旋转速率相似的速率逆时针旋转，表明操控过程没有明显的光损伤。图4e显示了目标细胞的旋转速率与轨道粒子公转速率之间的线性关系。为了进一步验证方法的有效性，我们使用该方法重复了另外两个莱茵衣藻(C.renhardtii2和3)的旋转控制实验，由实验结果可知它们都显示出近似线性的关系。当相应轨道粒子的公转速率从-9.6到9.6rps时，可以将目标衣藻的旋转速率分别控制在-1.43至2.61(C.renhardtii1)，-1.32至2.80(C.renhardtii2)和-1.21至2.39rps(C.renhardtii3)。这个旋转速率范围比先前报道的其他光驱动旋转方法更大(0.83-2.0rps)。三条曲线之间的差异可能主要归因于C.renhardtii尺寸和内在运动能力差异。类似地，将轨道粒子用酵母细胞代替，也可以实现莱茵衣藻的可控性旋转，从而构建完全生物兼容的细胞微马达，如图4f-h所示。图4f显示了在0.87s内衣藻细胞自发逆时针旋转360°的过程，其自发转速可以计算为～1.15rps。当轨道酵母细胞公转速率为-4.8rps，莱茵衣藻自发旋转能力被完全抑制，如图4g所示。继续提高动态光阱的反向扫描频率，莱茵衣藻开始向相反的方向旋转。当轨道酵母细胞公转速率为-7.2rps时，莱茵衣藻在1.33s内完成360°顺时针旋转过程，相应旋转速率可以计算为-0.75rps(图4h)。
实施例3
基于本技术中所提出的方法，细胞微马达可以通过关闭或打开激光源，在任何时候停止或继续其旋转，从而可以实现目标细胞的定向和定位。这对于生物学标本实验和手术(例如卵细胞在体外受精和细胞结构装配之前位置和方向控制)非常有益。图5显示了目标酵母细胞定向和定位的光学显微图像。由于低流速、较小的剪切应力对于准确和快速的定位更有利，因此相应动态光阱的扫描频率设置为2.4rps。在图5a开始计时(t＝0s)之后，将细胞在t＝2.00s内逆时针旋转180度(图5b)，此时，激光源关闭，酵母细胞立即停止旋转。图5c表明酵母细胞在t＝5.00s时仍保持其取向不变。在t＝6.00s开启激光源，酵母细胞继续逆时针旋转(图5d)，在t＝7.90s时完成逆时针旋转180度(图5e)。此时，激光源再次关闭，细胞立即停止旋转。在t＝10.05s时，酵母细胞仍保持其取向不变(图5f)。以相同的方式，也可以在顺时针旋转过程中实现目标细胞定向和定位。这里应该指出的是，作为无运动能力且形状对称的细胞，活酵母细胞无法自发旋转，所以在我们的工作中，影响酵母细胞定向和定位的唯一因素是布朗运动。但是，由于酵母细胞较大，在我们的实验中未观察到明显的布朗运动。因此，可以得出结论，所提出的方法对于定位或定向目标细胞是有效的，并且不需要标记或辅助手段。
实施例4
除了细胞定位之外，所提出的方法还可以用于沿预定路径同步平移和旋转目标细胞。本实验通过同时移动静态光阱和轨道粒子的动态光阱来实现目标酵母细胞微马达的同步平移和旋转，如图6所示。为了确保细胞微马达的稳定平移，施加在目标细胞上激光束的功率应从3mW增加到10mW，此激光功率对于活细胞仍然是安全的激光功率值。相应动态光阱的扫描频率设置为4.8rps，该光阱的激光功率为80mW，其他参数与上述实施例一致。图6a给出了目标酵母细胞在1.40s内原位受控旋转360°的结果，由此计算得出的相应旋转速率为0.71rps。图6b中的合成图像显示了细胞微马达在17.10s内从点A到点B的平移轨迹，平均平移速度可计算为2.7μm/s。在两个相邻记录的位置之间(t＝0-5.75s，5.75-11.14s，11.40-17.10s)，细胞微马达分别在5.75、5.65和5.70s内完成了四个旋转周期。目标细胞的旋转速率保持在～0.70rps，这与原位旋转的速率基本一致，表明细胞微马达的平移对其旋转速率基本没有影响。两种运动方式的耦合对于利用细胞微马达执行更复杂的任务特别重要。我们相信它可以用于包括微货物的运输，引导和释放，生物微环境监测，传感和肾结石粉碎在内的重要应用。
实施例5
得益于微旋涡流场的分布特性和光镊的非接触操作优势，通过所提出的方法可以构建具有完全生物兼容性的微米级细胞马达阵列，并实现了多细胞同步旋转驱动。以目标酵母细胞为例，在圆形轨迹内实现了具有同向旋转的细胞转子的不同模式，如图7a(三角形模式)，图7b(方形模式)所示。在实验中，转子和轨道细胞均为酵母细胞(平均直径：5.5μm)；此处轨道酵母细胞的公转速率为4.8rps；捕获目标细胞的激光功率各为10mW。对于三角形模式转子阵列(图7a)，目标细胞的旋转速率分别约为0.64、0.62和0.64rps；对于方形模式，目标细胞的旋转速率约为0.31、0.32、0.29和0.35rps(图7b)。旋转速率的微小差异主要是由于目标酵母细胞的尺寸差异。另外，通过改变轨道酵母细胞的旋转速率和方向，可以容易地控制细胞转子的旋转速率和方向，从而成功地构建了可控的细胞微马达阵列。这种具有生物兼容性的微米级细胞微马达阵列具有许多潜在的应用前景，如可作为多通道微生物马达、生物驱动器件以及用于生物斑片的降解。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种完全生物兼容的细胞微马达组装方法，其特征在于，所述细胞微马达包括红外激光源、第一反射镜、声光偏转器、扩束镜、二向色镜、物镜、样品台、聚光镜、第一透镜、第二反射镜、第二透镜、CCD相机与倒置显微镜；
所述红外激光源发射出的激光束由第一反射镜导入所述声光偏转器，接着利用所述扩束镜对所述激光束进行扩束整型，使所述激光束的状态为宽准直，再通过所述二向色镜进行反射，将所述激光束导入所述物镜实现高度聚焦并在所述样品池内形成光阱，用于对生物细胞的捕获和操控；所述倒置显微镜的照明光通过所述聚光镜聚焦在样品上；所述物镜采集样本平面上的图像并通过所述二向色镜、所述第二反射镜、所述第二透镜聚焦到所述CCD相机上，实现对样品台内样品的实时观察和记录。
2.根据权利要求1所述的完全生物兼容的细胞微马达的组装方法，其特征在于，通过控制声光偏转器，可以在所述样品台内创造若干个动态或静态光阱，每个光阱可预设其运动轨迹或静止位置。
3.根据权利要求1所述的完全生物兼容的细胞微马达的组装方法，其特征在于，所述方法中，所述声光偏转器创造一个圆形轨迹的动态扫描光阱，在光力的作用下，样品池内处于动态光阱附近的微粒或细胞会被其捕获并以恒定速度沿着圆形轨道运动，从而在圆形轨道内部形成微漩涡；通过调整动态光阱的扫描频率和方向，所施加的转矩方向和大小也随之改变，从而可以实现微漩涡内部目标细胞微马达的可控旋转。
4.根据权利要求3所述的完全生物兼容的细胞微马达的组装方法，其特征在于，所述方法中，通过引入第二个静态光阱，目标细胞可以被稳定捕获在静态光阱中心；目标细胞将围绕静态光阱的光轴作可控性稳定旋转。
5.根据权利要求4所述的完全生物兼容的细胞微马达的组装方法，其特征在于，所述方法中，细胞微马达还可以定位在圆形轨迹内的任何其他位置，当在其他位置处非平衡粘性剪切力较大，需要将静态光阱的光功率适当增大，以获得在非中心位置的稳定旋转。
6.一种根据权利要求1所述的完全生物兼容的细胞微马达的组装方法的应用，构建具有完全生物相容性的微米级细胞马达阵列。
7.一种根据权利要求1所述的完全生物兼容的细胞微马达的组装方法的应用，用于沿预定路径同步平移和旋转目标细胞。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112620113A (zh) * 2020-12-03 2021-04-09 暨南大学 一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置
CN113053556A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 暨南大学 具有可重构性的生物微马达阵列及其应用
CN113502223A (zh) * 2021-07-12 2021-10-15 桂林电子科技大学 活体单细胞转动角度主动光操控方法及装置
CN113514443A (zh) * 2021-07-12 2021-10-19 桂林电子科技大学 基于细胞旋转主动光操控技术的散斑荧光显微方法和系统
CN113514441A (zh) * 2021-07-12 2021-10-19 桂林电子科技大学 基于细胞旋转主动光操控技术的光片荧光显微方法和系统
CN114425043A (zh) * 2021-12-08 2022-05-03 深圳先进技术研究院 一种基于巨噬细胞的活细胞载药系统及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102860845A (zh) * 2012-08-30 2013-01-09 中国科学技术大学 活体动物体内的细胞的捕获、操控方法及相应的装置
CN106520537A (zh) * 2016-10-21 2017-03-22 南通大学 一种t细胞免疫应答的微流控光学分析系统及分析方法
CN107422468A (zh) * 2017-07-17 2017-12-01 鲁东大学 一种在物镜视场内任意移动细胞的环形光镊及实现方法
CN108387505A (zh) * 2018-02-06 2018-08-10 武汉大学 一种基于微流控芯片的多功能光镊系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102860845A (zh) * 2012-08-30 2013-01-09 中国科学技术大学 活体动物体内的细胞的捕获、操控方法及相应的装置
CN106520537A (zh) * 2016-10-21 2017-03-22 南通大学 一种t细胞免疫应答的微流控光学分析系统及分析方法
CN107422468A (zh) * 2017-07-17 2017-12-01 鲁东大学 一种在物镜视场内任意移动细胞的环形光镊及实现方法
CN108387505A (zh) * 2018-02-06 2018-08-10 武汉大学 一种基于微流控芯片的多功能光镊系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOBIN ZOU等: "Controllable Cellular Micromotors Based on Optical Tweezers", 《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112620113A (zh) * 2020-12-03 2021-04-09 暨南大学 一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置
CN112620113B (zh) * 2020-12-03 2021-11-23 暨南大学 一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置
CN113053556A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 暨南大学 具有可重构性的生物微马达阵列及其应用
CN113502223A (zh) * 2021-07-12 2021-10-15 桂林电子科技大学 活体单细胞转动角度主动光操控方法及装置
CN113514443A (zh) * 2021-07-12 2021-10-19 桂林电子科技大学 基于细胞旋转主动光操控技术的散斑荧光显微方法和系统
CN113514441A (zh) * 2021-07-12 2021-10-19 桂林电子科技大学 基于细胞旋转主动光操控技术的光片荧光显微方法和系统
CN114425043A (zh) * 2021-12-08 2022-05-03 深圳先进技术研究院 一种基于巨噬细胞的活细胞载药系统及其制备方法与应用

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