活體動物體內的細胞的捕獲、操控方法及相應的裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種捕獲活體動物體內的細胞的方法，該方法包括如下步驟：使一束激光形成光鑷，所述光鑷是指能夠與微粒發生動量交換的光場；將一活體動物中需要進行細胞捕獲的部分放置在形成所述光鑷的位置；將一照明光束對準光鑷和所述活體動物的需要進行細胞捕獲的部分；調整所述光鑷與所述活體動物的相對位置，使該光鑷捕獲所述活體動物的體內細胞。本發明專利技術能夠非接觸式的捕獲和操控動活體物體內的細胞，無需破壞動物表面的皮層，且不會對細胞造成機械損傷。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學微操控
，具體涉及一種活體動物體內細胞捕獲與操控方法及相應的裝置。
技術介紹
由于動物體內環境的復雜性，在體外或培養環境下的動物學研究不一定能夠準確反映在體內的動物學活動，因此活體動物體內檢驗是生物學研究的最終驗證。在活體動物體內研究腫瘤細胞的生長及轉移、細胞及蛋白質間相互作用等生物學過程，對生命科學、醫學研究及藥物研發等領域具有重要意義。隨著活體動物體內成像技術如核磁共振、光聲成像、熒光、生物發光成像等技術的 出現于發展，研究活體動物體內的生命活動成為現實。如果能夠主動操控將細胞移動至目標位置，必將極大的推動動物體內生物學活動的研究。目前能夠捕獲并操控細胞及蛋白質尺寸微粒的工具有幾種原子力顯微鏡、微吸允技術、磁懾。原子力顯微鏡和微吸允技術屬于機械式操控，磁鑷只能操控磁性微球，不能操控生物細胞。因此，這三種技術都不適合于操控活體動物內的細胞。另一種捕獲并操控細及及蛋白質尺寸微粒的工具是光鑷，光鑷是激光經過高數值孔徑物鏡會聚后形成，因此光鑷能夠非機械接觸地穿透動物組織，深入到動物活體內對細胞在三維實現穩定的、非接觸性的捕獲和操控。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題現有的對活體動物內細胞的捕獲和操控都采用機械接觸方式，必須對活體動物進行解剖手術，存在損傷活體動物的不足。本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的上述不足，提出一種不損傷活體動物的細胞的捕獲與操控方法，以及相應的裝置。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本專利技術提出一種捕獲活體動物體內的細胞的方法，該方法包括如下步驟使一束激光形成光鑷，所述光鑷是指能夠與微粒發生動量交換的光場；將一活體動物中需要進行細胞捕獲的部分放置在形成所述光鑷的位置；將一照明光束對準光鑷和所述活體動物的需要進行細胞捕獲的部分；調整所述光鑷與所述活體動物的相對位置，使該光鑷捕獲所述活體動物的體內細胞。本專利技術還提出一種操控活體動物體內的細胞的方法，其通過上述的捕獲活體動物體內的細胞的方法捕獲所述活體動物體內的細胞；并且，在捕獲所述活體動物體內的細胞之后，使所述活體動物體與所述光鑷發生位移，以使所述細胞相對于其周圍介質發生相對位移。根據本專利技術的一種實施方式，通過一個光學顯微鏡裝置使所述激光形成光鑷。根據本專利技術的一種實施方式，所述光學顯微鏡裝置為無窮遠顯微鏡。根據本專利技術的一種實施方式，，所述無窮遠顯微鏡包括激光聚焦系統、置物平臺和照明系統，所述激光聚焦系統用于將所述激光會聚成一個激光光斑，以在該激光光斑處形成所述光鑷，所述置物平臺用于放置所述活體動物，所述照明系統用于照射所述的光鑷的位置，以便操作者的觀察和圖像的采集。本專利技術還提出一種用于捕獲 和操控活體動物體內的細胞的裝置，其包括一個激光聚焦系統，其用于將一束激光會聚成一個激光光斑，以在該激光光斑處形成所述光鑷；一個置物平臺，其用于放置所述活體動物；一個照明系統，其用于照射所述光鑷的位置。根據本專利技術的一種實施方式，所述激光聚焦系統包括激光器、阱位透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、二色鏡、鏡筒透鏡和顯微物鏡，所述激光器發射平行光束，由所述阱位透鏡進行會聚后經過第一反射鏡和第二反射鏡，再由二色鏡反射后進行鏡筒透鏡，從鏡筒透鏡該所述激光束變為平行光后進入所述顯微物鏡，所述顯微物鏡將其聚焦成所述激光光斑。根據本專利技術的一種實施方式，所述置物平臺為壓電平臺。根據本專利技術的一種實施方式，所述照明系統包括照明光源，所述照明光源發射的光透射光所述活體動物，并依次經由所述顯微物鏡、鏡筒透鏡和二色鏡后出射。根據本專利技術的一種實施方式，該裝置還包括成像裝置，其用于記錄由照明系統發射的光。根據本專利技術的一種實施方式，該裝置還包括一個圖像傳感器，其用于記錄由所述二色鏡出射的光。(三)有益效果本專利技術提出的活體動物體內細胞捕獲與操控方法采用了光鑷技術，能夠非接觸式的捕獲和操控動物體內的細胞，無需破壞動物表面的皮層，且不會對細胞造成機械損傷。并且，本專利技術的方法能夠運用到任何動物活體內的微循環管中粒子或活體細胞內部細胞器的動態研究。如血液微循環研究中抗癌藥物的藥效或療效的影響，藥物的靶向效果，微循環中的定點藥物靶向研究等。活體內細胞相互作用的直接測量技術能為臨床醫學提供客觀有效的科學數據。附圖說明圖I是本專利技術的方法所采用的光鑷的原理圖；圖2是本專利技術的活體動物體內細胞捕獲與操控裝置的一個實施例的結構示意圖；圖3是根據本專利技術來捕獲和操控活體動物細胞的照片示意圖。具體實施例方式本專利技術采用光鑷技術對動物體內的細胞進行捕獲與操控。所謂光鑷是指一個特別的捕獲微小粒子的光場。這個光場與微粒相互作用時，微粒整個受到光的作用從而達到被“鉗”住的效果，然后可以通過移動光束來實現移動微粒。在本專利技術中，“捕獲”指的是應用光鑷將微粒無機械接觸的“鉗”在激光聚焦中心，“操控”指的是應用光鑷無機械接觸的移動被捕獲的微粒。光攜帶有能量和動量，與物質間可以交換動量，使受光照射的物體受到一個力或力矩，產生光的力學效應。光鑷是一種以激光的力學效應為基礎的工具，原理是利用強會聚激光與微粒相互作用所形成的三維勢阱來捕獲粒子，可以吸引微粒并把它局限在激光焦點附近的勢阱中。圖I顯示了光鑷及其捕獲微粒的原理。如圖I所示，一束激光束經過一個高數值孔徑的物鏡聚焦于焦點，當一個微粒處于激光焦點附近時，入射光由于發生反射和折射導致其動量發生改變，而動量的改變量傳遞給微粒。以圖I中光線I為例，光線I從物鏡出射后，在微粒表面折射進入微粒，最后經過在微粒的另一面折射出微粒，由動量守恒定理，在激光傳輸過程中光線I的動量傳遞一部分給微粒使得微粒受力1，受力I指向激光聚焦點。同理，光線2也使微粒受力2，受力方向同樣指向激光聚焦點。因此，光束I和光束2作用于微粒的效果是將對微粒施加一個指向激光聚焦中心的力，使微粒向激光聚集中心運動，直至穩定于激光聚集中心。整束激光的整體效果使得粒子會受到一個光阱力，將微粒束縛在激光焦點。本專利技術利用光鑷來實現活體動物體內微粒捕獲的基本方案如下以光學顯微鏡為基礎進行光鑷設計。將活體動物樣品放置顯微鏡樣品臺，應用光學顯微鏡成像光路對樣品 進行成像觀察。激光經過光學器件耦合后，進入顯微鏡，經高數值孔徑物鏡會聚后進入樣品，形成光鑷。應用光鑷捕獲和操控微粒的特性，在活體動物內捕獲和操控細胞等微粒的移動。為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明。I、光鑷裝置本專利技術以光學顯微鏡為基礎進行光鑷設計。將活體動物放置在顯微鏡樣品臺，應用光學顯微鏡成像光路對樣品進行成像觀察。激光器經過光學元件耦合后進入顯微鏡，由高數值孔徑物鏡會聚焦于活體動物內，形成光鑷。下面具體描述實現本專利技術的裝置。本專利技術采用無窮遠顯微鏡來實現光鑷，具體來說，顯微鏡包括激光聚焦系統、置物平臺和照明系統，激光聚焦系統用于將一束激光會聚在一個激光光斑，以在該激光光斑處形成光鑷；置物平臺用于放置活體動物樣品；照明系統用于照射光鑷位置，以便操作者的觀察和圖像的采集。對于該顯微鏡裝置，將平行傳輸的激光光束經過光束稱合后進入顯微鏡。圖2是本專利技術的活體動物體內細胞捕獲與操控裝置的一個實施例的結構示意圖。如圖2所示，該實施例的裝置包括激光器I、阱位透鏡2、第一反射鏡3、第二反射鏡4本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種捕獲活體動物體內的細胞的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：使一束激光形成光鑷，所述光鑷是指能夠與微粒發生動量交換的光場；將一活體動物中需要進行細胞捕獲的部分放置在形成所述光鑷的位置；將一照明光束對準光鑷和所述活體動物的需要進行細胞捕獲的部分；調整所述光鑷與所述活體動物的相對位置，使該光鑷捕獲所述活體動物的體內細胞。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘敏成，李銀妹，周金華，王自強，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發明
國別省市：