一种精准控制单细胞移动与弹射筛选的装置的制作方法

本实用新型属于单细胞精准操作领域，具体涉及一种精准控制单细胞移动与弹射筛选的装置。

背景技术：

光同时具有能量与动量，光的动量可以和物质相互作用而产生势阱效应，光的势阱效应可以用来捕获微小粒子。光纤单细胞捕获光镊就是一种利用光强度分布的梯度力和散射力俘获和操纵微小粒子的工具。1986年，Ashkin等人首次在“Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles”中提出单光束激光的光势阱操作微小粒子的空间移动的控制方法，可以吸引微小粒子固定在光腰。这是“光镊”这一概念首次被提出。光镊在工作过程中拥有定位精确、不污染液体环境、不直接与捕获对象接触以及对捕获对象无损伤等特点，因此在诸多学科均有快速的发展，尤其是物理、生物医学以及胶体科学等领域。

利用特殊结构的光纤制作的单光纤光镊，具有尺寸小、集成度高、操作方便、捕获力大、稳定等一系列优点，近年来受到很大的关注。专利号为ZL200810064013.X的发明专利提出了一种集成于单根光纤的多光镊，其提出利用具有多个纤芯的光纤，将端面研磨加工处理形成具有对称或者不对称的多角楔形，从而实现多个粒子的同时捕获，通过调整纤芯的数量来调节捕获点的数量。但该发明存在以下问题：不能对每一个捕获点进行单独的控制，因而无法单独剔除被捕获到的非目标粒子；不能实现在保持光镊静止的前提下实现粒子的运动。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种精准控制单细胞移动与弹射筛选的装置，该装置体积小、操作方便、结构简单、成本低廉、具有多个捕获点，既可以实现对长条形粒子及片状单细胞稳定捕获，也能够实现单细胞精密移动及七个方向弹射筛选。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精准控制单细胞移动与弹射筛选的装置，包括七芯光纤探针1、注光光纤组2、耦合透镜组3、激光光源4、光纤分束器5、光纤衰减器6；七芯光纤中的六根纤芯呈圆形排列，第七根纤芯位于圆形中心处，七芯光纤一端端面研磨成三组对称斜面构成七芯光纤探针1，每组纤芯折射光汇聚形成的光阱力均可捕获单细胞；光纤分束器5分别通过光纤衰减器6对应与注光光纤组2中的七根注光单模光纤连接，注光光纤组2通过耦合透镜组3把光导入七芯光纤探针1中，以压缩注光光纤组2七根光束之间的距离，使之与七芯光纤探针1中的纤芯间距尺寸匹配。

进一步，所述七芯光纤探针1中纤芯1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6呈圆形排列，纤芯1-7位于圆形中心处，所有纤芯间距均为35μm，各纤芯直径均为8μm，光纤包层直径为125μm。

进一步，所述七芯光纤探针1中，纤芯1-1和1-4、纤芯1-2和1-5、纤芯1-3和1-6分别以纤芯1-7为对称轴研磨成三组对称斜劈，三组研磨角度均不同且各组研磨角度均在10°～17°之间。

进一步，所述注光光纤组2为七根单模光纤紧密排列，六根光纤以圆形排列在外围，第七根光纤位于圆形正中且彼此间紧密固定。

进一步，所述激光光源4为波长980nm或1064nm的激光光源，其总功率大于300mW且七路功率均可通过光纤衰减器调整。

进一步，所述光纤分束器5将激光光源输出光分为七束光强相等的激光。

本实用新型的有益效果在于：1、具有三个不同位置的捕获点，因而可以用来稳定的捕获长条形的微粒，例如大肠杆菌。2、可以单独控制每个捕获点处的光强，从而控制每个捕获点的光阱力，因而可以实现粒子的移动与旋转操作。3、捕获后单侧纤芯断光，实现单细胞的七个方向弹射筛选。4、采用器件价格低廉，制作简单，适合大规模生产，在生物医学等需要单细胞精准操作的领域有较好的应用前景。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为精准控制单细胞移动与弹射筛选装置系统示意图；

图2为七芯光纤探针示意图；

图3为一组对称纤芯折射后捕获单细胞示意图；

图4为七芯光纤探针三组角度焦点位置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

如图所示，本实用新型中的精准控制单细胞移动与弹射筛选的装置，包括七芯光纤探针1、注光光纤组2、耦合透镜组3、激光光源4、光纤分束器5、光纤衰减器6；七芯光纤中的六根纤芯呈圆形排列，第七根纤芯位于圆形中心处，七芯光纤一端端面研磨成三组对称斜面构成七芯光纤探针1，每组纤芯折射光汇聚形成的光阱力均可捕获单细胞；光纤分束器5分别通过光纤衰减器6对应与注光光纤组2中的七根注光单模光纤连接，注光光纤组2通过耦合透镜组3把光导入七芯光纤探针1中，以压缩注光光纤组2七根光束之间的距离，使之与七芯光纤探针1中的纤芯间距尺寸匹配。调节改光纤衰减器6即可实现聚焦光束光强调节；三组不同角度的汇聚光束，可捕获一至三个细胞，亦可实现单细胞在三个捕获点之间的精密移动，亦可捕获后单侧纤芯断光，实现单细胞的七个方向弹射筛选。

具体的，所述七芯光纤探针1中纤芯1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6呈圆形排列，纤芯1-7位于圆形中心处，所有纤芯间距均为35μm，各纤芯直径均为8μm，光纤包层直径为125μm；七芯光纤一端端面利用裸光纤精密研磨技术研磨成三组对称斜面，即纤芯1-1和1-4、纤芯1-2和1-5、纤芯1-3和1-6分别以纤芯1-7为对称轴研磨成三组对称斜劈，制成七芯光纤探针，三组研磨角度均不同且各组研磨角度均在10°～17°之间。

具体的，注光光纤组2为七根单模光纤紧密排列，六根光纤以圆形排列在外围，第七根光纤位于圆形正中且彼此间紧密固定。激光光源4为波长980nm或1064nm的激光光源，其总功率大于300mW且七路功率均可通过光纤衰减器调整。光纤分束器5将激光光源输出光分为七束光强相等的激光。

实施例1

1、取一段七芯光纤，长度为1m，在光纤的一端，用光纤剥线钳剥除光纤涂覆层50mm，使用无纺布蘸取酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤外包层，直至清洁后备用；

2、用光纤切割刀将清洁后的光纤端面切割平整；

3、使用裸光纤精密磨锥机，每两个对角的纤芯为一对，共三对，分别研磨成角度为11°、14°、17°的对称斜劈形状，制成七芯光纤探针(如图2)；

4、取七段单模光纤，每段长度为1m，在光纤的一端，剥除光纤的涂覆层50mm，使用无纺布蘸取酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤外包层，直至清洁后备用；

5、用光纤切割刀将清洁后的七段单模光纤端面切割平整，使去除涂覆层的光纤长度为20mm；

6、将步骤5中的七段单模光纤按六根以正六边形与中间放置第七根的形状排列紧密，并使端面对齐，用环氧胶固定，保证排列形状为规范的外围六根光纤排列正六边形，正中间排列第七根光纤，构成注光光纤组(如图1)；

7、取七路光纤分束器，将波长为980nm的激光光源输出光分为七束强度相等的光束；

8、取7个相同的光纤衰减器，连接在步骤7中光纤分束器的七根输出光纤上；

9、将步骤8中的七根光纤按顺序与步骤6中的七根单模光纤连接，并按照纤芯1-1与纤芯1-4；纤芯1-2与纤芯1-5；纤芯1-3与纤芯1-6的顺序进行分组，以便于区分控制。

10、将步骤6中的注光光纤组夹持在耦合透镜组的大直径透镜侧，将步骤3中的七芯光纤探针另外一未研磨端切平，夹持在耦合透镜组的小直径透镜侧，调节相对位置使注光光纤组输出光束完全注入到七芯光纤的七根纤芯中(如图1)；

11、通过调节步骤8中的7个光纤衰减器，调节每组光束的光强大小，从而实现粒子在三个捕获点之间的精密移动(如图3、图4)。

实施例2

如图1所示，一种精准控制单细胞移动与弹射筛选的装置。其结构包括构建的七芯光纤探针1、注光光纤组2、耦合透镜组3、激光光源4、光纤分束器5、光纤衰减器6。

由于构建的七芯光纤探针1的七根纤芯光出射端被分别研磨成3对不同角度的斜劈，因而每组对芯折射汇聚后具有不同位置的光束聚焦点(如图4)，中央纤芯1-7可单独用来剔除被捕获的粒子，调节光纤衰减器，使其中一组对芯通光，得到一个稳定的捕获点，如需对粒子进行移动，可使其余一组或两组对芯通光，调节光纤衰减器，由对芯之间光的相对强弱调节粒子移动方向，如需剔除多余粒子，使中央的纤芯通光，调节中央纤芯光强，可以将粒子沿中央芯注光方向弹射推出，达到剔除筛选效果。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。