CN113106084A - 一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法，属于光流输运技术领域。本发明以内源性细胞核的中心为圆心，采用扫描光摄系统在所述内源性细胞核的周围创建若干个光学势阱形成圆形扫描势阱，对内源性细胞核施加非接触、无损伤的光力，由于光力的作用，内源性细胞核围绕所述圆心进行旋转，构建得到细胞核微流泵。与此同时，内源性细胞核周围的血液将在内源性细胞核的旋转驱动下流动。因而，旋转的内源性细胞核可以看作一个内源性的微流泵，其可以在血管中激发特定的驱动血流，且血流的驱动方向和速度均可以通过调节内源性细胞核的旋转方式实时改变。

Description

一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法

技术领域

本发明涉及光流输运技术领域，尤其涉及一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法。

背景技术

现有技术公开了将光子能量转化为机械运动的微型机器人，包括微马达和微流泵等，其能够激发血管内微纳尺度的局域流场。传统的微马达和微流泵一般由二氧化硅、贵金属、半导体等外源性材料制成，这些外源性材料的侵入性植入可能会破坏正常的生理环境。此外，外源性材料通常具有较差的生物兼容性，需要额外的化学修饰来避免潜在的免疫响应(例如被巨嗜细胞吞噬等)。因此，利用体内天然存在的材料构建微马达和微流泵是非常必要的。

现有技术还公开了借助光学操控技术在活体血管内组装天然的红细胞光波导，以此构建一种具有生物兼容性的生物传感器和微马达。虽然红细胞不会诱发额外的免疫响应，但是红细胞微马达无法在小于红细胞直径的毛细血管中动态旋转。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法，利用本发明的方法能够实现内源性细胞核在小于血细胞直径的毛细血管中旋转，进而形成局域流场。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法，包括以下步骤：

以内源性细胞核的中心为圆心，采用扫描光摄系统在所述内源性细胞核的周围创建若干个光学势阱，所述光学势阱形成圆形扫描势阱，使所述内源性细胞核围绕所述圆心进行旋转，构建得到细胞核微流泵；

相邻两个所述光学势阱的距离≤0.1μm；

所述圆形扫描势阱和所述内源性细胞核的直径比为(0.5～1.5)：1。

根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转包括顺时针旋转和/或逆时针旋转。

优选的，所述圆形扫描势阱和所述内源性细胞核的直径比1：1。

优选的，每个所述光学势阱的光梯度力为0.1～1pN。

优选的，所述内源性细胞核包括红细胞的细胞核。

优选的，所述内源性细胞核是从血管内的细胞中分离获得；所述分离的方法包括：

采用扫描光摄系统创建第一光学势阱和第二光学势阱，所述第一光学势阱固定目标细胞核，所述第二光学势阱拉伸目标细胞核所在细胞的细胞膜，目标细胞核从细胞中分离；

或者，采用扫描光摄系统创建第三光学势阱和第四光学势阱，所述第三光学势阱固定目标细胞核所在细胞，所述第四光学势阱旋转另一个细胞对目标细胞核所在细胞进行挤压，目标细胞核从细胞中分离。

优选的，所述旋转的转速为3～10转/秒。

优选的，当所述内源性细胞核为单个且与血管壁间距大于15μm时，驱动血流以内源性细胞核为中心环形流动，且流动方向与细胞核微流泵旋转方向相同。

优选的，当所述内源性细胞核与血管壁间距小于15μm，数量为单个或者多个且旋转方向相同时，驱动血流沿血管走向直行。

优选的，当相邻的两个内源性细胞核旋转方向相反且间距为1～15μm时，所述相邻的两个内源性细胞核之间的驱动血流沿垂直于内源性细胞核连线的方向直行，通过调整内源性细胞核的空间分布，调控血液传输发生实时转向。

本发明提供了一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法。本发明以内源性细胞核的中心为圆心，采用扫描光摄系统在所述内源性细胞核的周围创建若干个光学势阱形成圆形扫描势阱，对内源性细胞核施加非接触、无损伤的光力，由于光力的作用，内源性细胞核围绕所述圆心进行旋转，与此同时，内源性细胞核周围的血液将在细胞核的旋转驱动下流动。因而，旋转的内源性细胞核可以看作一个内源性的微流泵，其可以在血管中激发特定的驱动血流，且血流的驱动方向和速度均可以通过调节细胞核的旋转方式实时改变。本发明的方法无需外在材料植入，避免了对生物细胞的直接照射，且具有良好的生物兼容性。与利用红细胞构建微马达的技术方案相比，本发明的方法可以在尺寸更小的血管中驱动流体。另外，细胞核具有较小的体积(平均直径为2.4μm)，丰富的数量，以及良好的生物兼容性，细胞核可以作为优良的备选材料，进而在活体内构建内源性的细胞核微流泵，实现微纳尺度流体的精准激发。此外，本发明的方法产生的驱动血流具有近场特性(也即影响范围在以微流泵为中心的数十微米)，故不会影响远距离的细胞，对于局部血液探测和生物传感具有潜在优势。

附图说明

图1内源性细胞核微流泵实现纳米颗粒和细胞定向传输示意图；

图2斑马鱼示意图及实验图片；

图3为本发明实施例1中所采用装置的结构爆炸图，其中1-激光发射组件、2-声光调制组件、3-光束展宽组件、4-短波通二向色镜、5-倒置物镜、6-样品室、7-照明光源、8-聚光器、9-透镜、10-连接电脑的CCD相机；

图4为非接触取出活体血管内红细胞内的细胞核的图片；

图5为将9个细胞核排列成3×3的矩形阵列；

图6为单细胞核旋转及可控碰撞；

图7为两个细胞核同时旋转及可控碰撞；

图8为用细胞核微流泵实现微纳颗粒环形运输；

图9为靠近血管壁的细胞核微流泵实现目标颗粒线性运输；

图10为用靠近血管壁的细胞核微流泵实现目标颗粒双向线性运输；

图11为双细胞核微流泵阵列实现目标颗粒双向线性运输；

图12为双细胞核微流泵阵列运输聚苯乙烯纳米颗粒；

图13为用细胞核微流泵传输血管内的红细胞和白细胞。

具体实施方式

本发明提供了一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法，包括以下步骤：

以内源性细胞核的中心为圆心，采用扫描光摄系统在所述内源性细胞核的周围创建若干个光学势阱，所述光学势阱形成圆形扫描势阱，使所述内源性细胞核围绕所述圆心进行旋转，构建得到细胞核微流泵；

相邻两个所述光学势阱的距离≤0.1μm；

所述圆形扫描势阱和所述内源性细胞核的直径比为(0.5～1.5)：1。

在本发明中，所述圆形扫描势阱和所述内源性细胞核的直径比优选为1：1。

本发明方法的原理如图1所示。本发明以内源性细胞核的中心为圆心，采用扫描光摄系统在所述内源性细胞核的周围创建若干个光学势阱形成圆形扫描势阱。由于光力的作用，内源性细胞核将围绕所述圆心进行旋转。与此同时，内源性细胞核周围的血液将在内源性细胞核的旋转驱动下流动。因而，旋转的内源性细胞核可以看作一个内源性的微流泵，其可以在血管中激发特定的驱动血流。在此基础上，血流中的纳米颗粒和血细胞将受到流体粘滞力的作用，朝着血管深处运输(图1中箭头所示)，且运输的方向和速度均可以通过调节细胞核的旋转方式实时改变。因而，细胞核微流泵可以实现血管内纳米颗粒和细胞的非接触光流输运，无需外在材料植入，避免了对生物细胞的直接照射。

本发明对所述扫描光镊系统没有特殊限制，采用本领域常规扫描光镊系统即可。在本发明具体实施过程中，所述扫描光镊系统优选为购自于艾锐斯科技(北京)有限公司(Aresis公司)的Tweez250si，围绕声光调制的扫描光镊系统搭建，参见专利CN2020105825453，结构示意图参见图3，图3中，1-激光发射组件、2-声光调制组件、3-光束展宽组件、4-短波通二向色镜、5-倒置物镜、6-样品室、7-照明光源、8-聚光器、9-透镜、10-连接电脑的CCD相机。

在本发明中，所述扫描光镊系统的出射激光优选为单模激光；所述出射激光的波长优选为1000～1100nm，更优选为1064nm，生物组织在1000～1100nm吸收较少，能够防止产生较强的热效应损伤生物组织；所述出射激光的功率优选为0～4W连续可调。

在本发明中，设置相邻两个所述光学势阱的距离≤0.1μm。光学势阱紧密排列，也即激光焦点以极微小的位移连续移动，此时原本捕获的内源性细胞核可以对激光焦点的移动做出及时反应，并紧密跟随其同步运动，完成沿特定方向的旋转。

在本发明中，每个所述光学势阱的光梯度力优选为0.1～1pN，更优选为0.2～0.8pN，最优选为0.5pN。

在本发明中，所述内源性细胞核优选的包括红细胞的细胞核。

在本发明中，所述内源性细胞核是从血管内的细胞中分离获得；所述分离的方法优选的包括：

采用扫描光摄系统创建第一光学势阱和第二光学势阱，所述第一光学势阱固定目标细胞核，所述第二光学势阱拉伸目标细胞核所在细胞的细胞膜，目标细胞核从细胞中分离；

或者，采用扫描光摄系统创建第三光学势阱和第四光学势阱，所述第三光学势阱固定目标细胞核所在细胞，所述第四光学势阱旋转另一个细胞对目标细胞核所在细胞进行挤压，目标细胞核从细胞中分离。

本发明的从血管内的细胞中分离获得内源性细胞核的方法为非接触且无损伤的方法，适用于活体并可以将细胞核从特定细胞中精准取出。

在本发明中，所述旋转的转速优选为3～10转/秒，更优选为5转/秒。

在本发明中，当所述内源性细胞核为单个且与血管壁间距大于15μm时，驱动血流以内源性细胞核为中心环形流动，且流动方向与细胞核微流泵旋转方向相同。

在本发明中，当所述内源性细胞核与血管壁间距小于15μm，数量为单个或者多个且旋转方向相同时，驱动血流沿血管走向直行。

在本发明中，当相邻的两个内源性细胞核旋转方向相反且间距为1～15μm时，所述相邻的两个内源性细胞核之间的驱动血流沿垂直于内源性细胞核连线的方向直行，通过调整内源性细胞核的空间分布，调控血液传输发生实时转向。

在本发明中，相邻的两个内源性细胞核的间距优选为2～10μm，更优选为5～8μm。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一、材料与方法

1.斑马鱼培养和麻醉

斑马鱼的尾巴和鱼鳍光学透明，可以清楚的看到血管内的红细胞和细胞核。实验中使用的斑马鱼购买于上海费曦生物科技有限公司。实验中用到的斑马鱼鱼龄为90天左右，平均长度为3cm(图2)。根据标准饲养程序要求，他们饲养在干净的鱼缸中，每天接受14h光照/10h黑暗处理，并饲养活的丰年虾，所有实验均在28.5℃的恒温下进行。

实验过程中，保持观察的血管稳定在焦平面以内，并且血管内的血流速度小于50μm/s；此外，斑马鱼在操控过程中应全程保持存活状态，并且在实验结束后可以放置于清水中正常苏醒，并继续培养数月，也即实验操作不会对斑马鱼造成大的生理损伤。在实验中使用三卡因溶液对斑马鱼进行麻醉处理。三卡因溶液是将三卡因试剂溶解于生理盐水中进行配置，选用的浓度为200mg/L；配制完成后，待试验的斑马鱼被放置在盛有三卡因溶液的培养皿中麻醉8min。此后，斑马鱼被移动到一块尺寸为15×50mm的载玻片上，并通过质量浓度为2％的琼脂胶进行固定。为了维持稳定的流体环境，用注射针管吸取1mL的三卡因溶液，并将其释放到固定的斑马鱼周围，为其持续供应氧气。样品准备好后，放置在可电动调节的x-y位移台上，实现良好的位置调节和机制稳定性。

2.实验装置

实验装置围绕声光调制的扫描光镊系统搭建(参见专利CN2020105825453，结构爆炸图参见图3)，实验中采用的是斯洛文尼亚Aresis公司生产的Tweez250si扫描光镊系统，激光波长设定为1064nm。实验中，出射的激光首先与声光偏转器相互作用，实现激光焦点在焦平面上不同角度及位置的动态扫描，最大扫描频率可达100KHz；快速的扫描可实现激光焦点在多个位置的准静态分布，进而应用于多个细胞核的稳定捕获、精准排列及旋转操控。经过声光偏转器调控后，激光束通过双透镜组成的光束展宽装置予以展宽，展宽后的激光束将完全覆盖聚焦物镜(60×的水浸物镜，CFI Apo，NA＝1.0)的入射光瞳，进而实现最佳的聚焦效果。聚焦后的激光束照射在斑马鱼血管内的特定细胞核上，进行细胞核的多功能操控。实验过程采用白光照明光源照亮观察视野，整个实验过程可以通过连接电脑的CCD进行实时观察和视频记录。

二、实验操作

1.细胞核的取出

两种方案：第一种是同时设定两个独立的光学势阱，分别用来固定细胞核和沿水平方向拉伸细胞膜，由于细胞膜具有良好的变形及通透性，可以成功将细胞核从红细胞内取出。结果如图4中的a所示：红细胞内的细胞核呈球形，直径为2.4μm；在t＝0s时，一个红细胞位于直径35μm的血管内，血管内的流速为10μm/s，方向自左向右流动(图中箭头所示)。操控过程中，以画面的左下角为坐标原点，确定红细胞内细胞核的坐标为(9,20)，将其通过软件界面输入，设置光学势阱1捕获并固定红细胞的细胞核；同时在细胞右侧(14,20)设置光学势阱2，将鼠标置于光学势阱2上并沿血流方向进行移动(移动速度0.5μm/s)，此时细胞膜和细胞质将在光力的作用下同步迁移，而细胞内的细胞核则由于光学势阱1的固定作用而保持不动，最终在时间为7s时成功将其从红细胞内取出。

第二种是采用一个光学势阱固定目标红细胞RBC1，同时旋转另外一个红细胞RBC2，将其作为一个细胞锤，靠近RBC1并通过挤压的方式将细胞核从其内部取出。实验结果如图4中的b所示，两个红细胞位于一个直径为27μm的血管内，血管内的流速为10μm/s，方向自左向右(图中箭头所示)。操控过程中，以画面的左下角为坐标原点，确定红细胞左侧坐标为(17,8.5)，将其通过软件界面输入，设置光学势阱1捕获并固定红细胞1；同时设置光学势阱2捕获红细胞2，并将其移动至红细胞1的左侧，坐标为(9,14)，同时施加半圆形的光学势阱阵列(阵列直径：17μm；势阱间距：0.1μm；势阱数目：270个)，在光力的作用下，红细胞2将随之沿半圆形轨迹同步旋转，细胞右侧接触红细胞1内的细胞核并将其向右挤压，直至细胞核成功从红细胞1中取出。

2.多个细胞核的图案化排列及旋转操控

1)验证细胞核的光学操控性能。

通过对声光偏转器动态编程，设计不同的光学势阱阵列来实现对多个细胞核的同时操控，且每个光学势阱都可以独立控制，位移精度在100nm以内。本实验实现了9个细胞核的同时捕获和矩形排布。实验结果如图5所示，9个细胞核随机分布在直径为28μm的血管中，血流平行于血管壁自左下向右上方流动，流速为10μm/s(图中箭头所示)。操控过程中，以画面的左下角为坐标原点，获取9个细胞核的位置坐标，分别为(37,28)、(39,42)、(40,16)、(32,29)、(25,17)、(19,18)、(43,31)、(12,14)、(7,23)等。然后将其输入软件界面，同时设置9个独立的光学势阱，将其分别稳定捕获。同时，操控鼠标逐个移动血管内的细胞核，将其移动到坐标为(38,32)、(40,26)、(41,20)、(31,31)、(32,25)、(34,19)、(23,30)、(24,22)、(26,15)的位置，从而将9个细胞核整齐排列成3×3的矩形阵列。

2)细胞核的多功能旋转及可控碰撞

实验结果如图6所示，3个细胞核位于直径25μm的血管中，血流平行于血管壁自左下向右上方流动，流速为10μm/s(图中箭头所示)。操控过程中，以画面的左下角为坐标原点，获取3个细胞核的位置坐标，分别为(12,27)、(24,17)、(20,29)等。然后将其输入软件界面，同时设置3个独立的光学势阱，将3个细胞核分别稳定捕获。进一步，在血管内设立一个中心坐标为(17,21)且直径为17μm的圆形扫描势阱阵列。该势阱阵列共包含530个光学势阱，势阱之间的距离为0.1μm，扫描方向为逆时针方向。调节三个独立的光学势阱，将3个细胞核移动到圆形扫描势阱阵列上，然后撤去作用在细胞核1上的光学势阱，而保持细胞核2和3上的光学势阱不变。此时由于光力的作用，细胞核1将沿圆形的扫描势阱阵列逆时针旋转，并将在2.05s时和细胞核2发生碰撞；此时细胞核2将脱离原光学势阱2的捕获，沿圆形轨迹逆时针旋转；而细胞核1将进入光学势阱2的捕获范围，同时停止旋转，也即通过碰撞后细胞核1和2发生了轨迹交换，碰撞后的细胞核2沿圆形轨旋转并于3.2s和细胞核3发生碰撞并交换轨迹，此后细胞核2将保持静止，而细胞核3开始沿圆形轨迹逆时针旋转，并期待与细胞核1发生进一步碰撞。

以上结果证实基于扫描光镊可以实现细胞核可控旋转和有效碰撞，而这对于研究细胞核的刚度及机制特性具有重大意义。

3)两个细胞核沿不同圆形轨迹的同时旋转

实验结果如图7所示。4个细胞核位于直径25μm的血管中，血流平行于血管壁自左下向右上方流动，流速为10μm/s(图中箭头所示)。操控过程中，以画面的左下角为坐标原点，获取4个细胞核的位置坐标，分别为(10,11)、(35,20)、(35,17)、(40,25)等。然后将其输入软件界面，同时设置4个独立的光学势阱，将4个细胞核分别稳定捕获。进一步，在血管内设立两个直径为17μm的圆形扫描势阱阵列，圆心位置分别为(14,18)和(27,19)。每个势阱阵列包含530个势阱点，势阱点间距为0.1μm，扫描方向均为逆时针方向。调节前3个独立的光学势阱，将细胞核1移动到圆形扫描势阱阵列1上，将细胞核2和3移动到圆形扫描势阱阵列2上，然后撤去作用在细胞核1和2上的光学势阱，而保持细胞核3上的光学势阱不变。此时由于光力的作用，细胞核1和2将分别沿圆形扫描光学势阱阵列1和2逆时针旋转，并在1.65s时二者发生碰撞；此时细胞核1和2将分别脱离原光学势阱1和2的捕获，而彼此沿光学势阱阵列2和1逆时针旋转，也即碰撞后细胞核1和2发生了轨迹交换；碰撞后的细胞核1沿圆形轨迹逆时针旋转并于3.6s和细胞核3发生碰撞并交换轨迹，此后细胞核1将保持静止，而细胞核3继续沿圆形轨迹逆时针运动，并期待与细胞核2发生进一步的碰撞。

3.用细胞核微流泵实现微纳颗粒的环形及线性双向运输

1)旋转的细胞核周围将产生一个以其为中心的环形流场，在这个驱动流场的作用下，细胞核周围的微纳颗粒将受到流体粘滞力的作用，进而环绕细胞核同步旋转。实验结果如图8所示，有两个细胞核位于直径17μm的血管中，获取细胞核1的坐标(14.5,12)，设立光学势阱将其稳定捕获。同时设立一个以细胞核1为中心，且直径相等的圆形逆时针扫描势阱阵列，扫描速度为3转/秒；与此同时，细胞核1将绕自身逆时针旋转，同时产生一个以其为中心的环形流场，附近的目标微粒(也即细胞核2)将在流体施加的粘滞阻力作用下同步旋转。因此，旋转的细胞核1可看作一个可控的微流泵，旋转位置、方向和周期都可以通过改变激光的扫描参数同步调整。

2)将旋转的细胞核微流泵靠近血管壁。由于血管壁的阻碍，垂直血管壁方向的流速将会被压缩，因而目标微粒可以沿平行血管壁方向进行线性运输。实验结果如图9所示，两个细胞核位于直径36μm的血管中，其中细胞核1距离血管壁间距为12μm。以画面左下角为坐标原点，获取细胞核1的坐标(16,16)，设立光学势阱将其稳定捕获。同时设立一个以细胞核1为中心，且直径相等的圆形逆时针扫描光学势阱阵列，扫描速度为3转/秒；与此同时，在细胞核微流泵的旋转驱动下，产生一个以其为中心的环形流场，且垂直血管壁方向的流速被压缩。处于细胞核微流泵和血管壁之间的目标物(细胞核2)将在流体施加的粘滞阻力作用下沿平行血管壁方向自右向左运输，并在4.5s时间内传输了10μm，证实基于细胞核微流泵的旋转可以完成目标物的线性运输。

3)目标物的双向运输。实验结果如图10所示，两个细胞核位于直径36μm的血管中，分别用来组装细胞核微流泵和作为传输的目标微粒。以画面左下角为坐标原点，获取细胞核1的坐标(30,30)，设立光学势阱将其稳定捕获。同时设立一个以细胞核1为中心，且直径相等的圆形逆时针扫描势阱，扫描速度为3转/秒；与此同时，在细胞核1的旋转驱动下，目标颗粒(细胞核2)将在流体施加的粘滞阻力作用下沿平行血管壁方向自左向右运动，并在5.4s时间内传输了12.5μm。在5.5s时，改变细胞核微流泵的旋转方向，目标微粒将改变运输方向，变成自右向左的运输，并在11s时自右向左传输了8.5μm。因此，双向线性传输可以通过实时控制细胞核微流泵的旋转方式予以实现。

4)基于双细胞核同时旋转的细胞核微流泵阵列，实现目标物的线性运输。实验结果如图11所示，有三个细胞核位于直径25μm的血管中，其中细胞核1和2用来组装细胞核微流泵，而细胞核3作为运输的目标微粒。以画面左下角为坐标原点，获取细胞核1和2的坐标，分别为(12,16)和(25,12)，设立两个固定的光学势阱将其稳定捕获。同时设立两个分别以细胞核1和2为中心，且直径相等的圆形扫描势阱阵列，扫描速度为5转/秒，扫描方向分别为逆时针和顺时针方向；此时，细胞核1和2组装为一个可同时旋转驱动的微流泵阵列，两者之间的流体将沿垂直二者连线的方向(虚线所示)自左下向右上方流动。因而，目标颗粒(细胞核3)将随之线性运输并穿过两个细胞核微流泵，在4.6s时间内传输了15μm。停止旋转细胞核微流泵阵列，传输的目标微粒也将同步停止运动；在6.8s时，改变细胞核微流泵1和2的旋转方向，使其分别沿顺时针和逆时针旋转，此时目标颗粒开始自上而下穿越细胞核微流泵阵列并进行线性运输，在13.7s时恢复至初始位置。因此，通过组装细胞核微流泵阵列，可以实现目标物的双向线性运输。该运输方式避免了对血管壁的依赖，并且可以实现沿不同方向的线性运输。

4.用细胞核微流泵实现聚苯乙烯纳米颗粒和血细胞的可控运输

1)利用组装的细胞核微流泵阵列实现了血管内聚苯乙烯纳米颗粒的定向运输。

实验中，聚苯乙烯纳米颗粒购买于上海辉质生物科技有限公司，平均直径为800nm，实验中纳米颗粒通过磷酸盐缓冲液稀释浓度为～5×10⁶#/mL。为取得比较好的分散度，聚苯乙烯样品通过10min超声处理(4800转/min)。超声完毕后，通过显微注射的方式引入血管内部，注射过程可以在电脑屏幕上实时监控。

注射完毕后，开展利用细胞核微流泵实现纳米颗粒定向运输的实验操作，结果如图12所示，两个细胞核位于血管分支处，并可观察到单个聚苯乙烯纳米颗粒位于血管中。以画面左下角为坐标原点，获取细胞核1和2的坐标，分别为(23,16)和(33,17)，设立两个固定的光学势阱将其稳定捕获。同时设立两个分别以细胞核1和2为中心，且直径相等的圆形扫描势阱阵列，扫描速度为5转/秒，扫描方向分别为顺时针和逆时针方向；此时在细胞核微流泵阵列的驱动下，聚苯乙烯纳米颗粒将穿过两个细胞核微流泵沿-y方向自上而下运输；当到达分支处时，加大细胞核微流泵1的旋转速度至8转/秒，其将产生更大的驱动流场，驱使聚苯乙烯纳米颗粒进入血管分支I中，完成纳米颗粒的可控转向。值得说明，若以更大速度旋转细胞核2，可以将聚苯乙烯颗粒定向运输进入血管分支II之中。因此，通过对微流泵阵列排布及旋转速度的实时操控，可以实现药物纳米颗粒在人体血管内的隔空定向运输。

2)血液细胞的定向运输

结果如图13所示：细胞核位于血管分支I中，并可观察到单个红细胞处于分支I和分支II的交汇处。以画面左下角为坐标原点，获取细胞核1的坐标(21,30)，设立单个固定的光学势阱将其稳定捕获。同时设立以细胞核1为中心，且直径相等的圆形扫描势阱阵列，扫描速度为10转/秒，扫描方向为逆时针方向；此时在细胞核微流泵的驱动下，红细胞将随驱动血流自下而上运输，并成功流入血管分支I之中。在时间为2s时，红细胞和细胞核微流泵相遇，两者同步旋转。进一步，在时间为16s时，白细胞1在驱动流的作用下进入显微镜视野，并随之朝向血管分支I中运动；此外，我们还证实了细胞运输的重复性。时间为24s时，白细胞2也出现在显微镜视野中，并随血流一起流入血管分支I之中。因此，通过细胞核微流泵的有效驱动，我们可以实现血液中细胞的定向输运，且输运的方向和速度也可以通过调节细胞核微流泵的位置、旋转方向和速度进行实时操控。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在活体血管内构建细胞核微流泵的方法，包括以下步骤：

以内源性细胞核的中心为圆心，采用扫描光摄系统在所述内源性细胞核的周围创建若干个光学势阱，所述光学势阱形成圆形扫描势阱，使所述内源性细胞核围绕所述圆心进行旋转，构建得到细胞核微流泵；

相邻两个所述光学势阱的距离≤0.1μm；

所述圆形扫描势阱和所述内源性细胞核的直径比为(0.5～1.5)：1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转包括顺时针旋转和/或逆时针旋转。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述圆形扫描势阱和所述内源性细胞核的直径比1：1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述光学势阱的光梯度力为0.1～1pN。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内源性细胞核包括红细胞的细胞核。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述内源性细胞核是从血管内的细胞中分离获得；所述分离的方法包括：

采用扫描光摄系统创建第一光学势阱和第二光学势阱，所述第一光学势阱固定目标细胞核，所述第二光学势阱拉伸目标细胞核所在细胞的细胞膜，目标细胞核从细胞中分离；

或者，采用扫描光摄系统创建第三光学势阱和第四光学势阱，所述第三光学势阱固定目标细胞核所在细胞，所述第四光学势阱旋转另一个细胞对目标细胞核所在细胞进行挤压，目标细胞核从细胞中分离。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转的转速为3～10转/秒。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述内源性细胞核为单个且与血管壁间距大于15μm时，驱动血流以内源性细胞核为中心环形流动，且流动方向与细胞核微流泵旋转方向相同。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述内源性细胞核与血管壁间距小于15μm，数量为单个或者多个且旋转方向相同时，驱动血流沿血管走向直行。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当相邻的两个内源性细胞核旋转方向相反且间距为1～15μm时，所述相邻的两个内源性细胞核之间的驱动血流沿垂直于内源性细胞核连线的方向直行，通过调整内源性细胞核的空间分布，调控血液传输发生实时转向。

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