一种激光弹射显微切割装置的制作方法

本发明涉及生物、光学、电子学和生物医学工程等新兴交叉，尤其是一种一种激光弹射显微切割装置，实现了动、植物组织的激光弹射显微切割，能够切割几微米至几十微米的组织，避免了现有技术机械移动引起的准确率和分选通量低的问题，以及激光的直接作用产生的损伤问题，不需另外使用接收方法缩短分选时间，提高分选效率，实现了从组织中高通量、高精度、低损伤地分选单细胞或细胞簇。

背景技术：

1、对源自诊断组织的dna、rna和蛋白质进行分子分析，彻底改变了病理学，并导致了广泛的诊断和预后标记物的鉴定。

2、分析正常发育和患病组织进展中的关键基因表达和蛋白质模式，需要从其复杂的组织环境中显微解剖和提取细胞亚群；目前从组织切片中保存和分离单个细胞或细胞簇的方法，主要有激光捕获显微切割和激光微束显微切割。

3、激光捕获显微切割存在塑料膜的加热或冷却，出现的塑料熔化和凝固的理论上的缺点；以及非特异性粘附在塑料膜上的细胞污染的可能性。

4、激光微束显微使用紫外激光将目标区域切割一周，然后使用收集方式将目标细胞收集，紫外线激光系统的一个潜在限制是在最终获得的细胞群中存在受到紫外线诱导损伤的细胞；这些受紫外线损坏的细胞来自直接位于紫外线激光切割路径下方的细胞，这些细胞可能对最终分子信号有显着影响。

5、现阶段激光显微切割装置，大多利用位移台或扫描振镜等机械方式移动样品或光源，传动组件体积庞大，精度较低、能耗大，所消耗的时间较长，分选效率低；通常使用连续脉冲激光持续照射样品，对样品造成不可逆的损伤；需要另外寻的细胞收集方式，分选通量低。对此我们设计了基于激光诱导向前转移的激光弹射显微切割装置。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种激光弹射显微切割装置，通过将光束调制成“甜甜圈”状的涡旋光束或其它目标组织的形状，实现从各种厚度、不同类型的动、植物组织中，分选出不同大小的目标细胞亚群或单细胞的目的。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种激光弹射显微切割装置，包括：

3、激光控制模块、光束整形模块、分选接收运动控制模块和显微成像模块；

4、所述激光控制模块用于发出一个或者多个对细胞进行弹射的激光，并可调节激光的能量，改变光斑的弹射范围；

5、所述激光控制模块包括：激光器、能量调解模块和扩束模块；

6、其中：所述激光器位于所述能量调解模块的上方；所述扩束模块位于所述能量调解模块的下方；

7、作为一种举例说明，所述激光器为：单脉冲激光器或连续脉冲激光器中的一种。

8、作为一种举例说明，所述能量调节模块用于调节激光能量，采用半波片和偏振片实现激光能量或功率的连续可调。

9、作为一种举例说明，所述激光扩束模块可将准直光束直径扩大，减少出射激光的能量密度，采用第一透镜和第二透镜中间夹针孔透光结构实现。

10、所述光束整形模块用于将激光调制成涡旋光或细胞轮廓相一致的光斑；

11、所述光束整形模块包括：空间光调制器(slm)、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和弹射物镜；

12、其中：所述空间光调制器(slm)位于所述第二透镜的下方并向左偏移一定角度；所述第三透镜位于空间光调制器左上方；所述第一反射镜位于第三透镜的左上方；所述第四透镜位于第一反射镜的右侧，所述第二反射镜位于第四透镜的右侧；所述第二反射镜的上方依次设置有第五透镜和第三反射镜；所述第三反射镜的右侧依次设置有第六透镜和第四反射镜；所述弹射物镜位于第四反射镜的下方；

13、所述光束整形模块可为激光提供至少2π的相位延迟，通过对光的相位调控，调节光场的空间分布；现有技术中，由于机械结构的需要，空间光调制器到弹射物镜所需空间距离较长，由于弹射物镜光瞳尺寸限制，调制后的光线直接从空间光调制器进入弹射物镜，光强损失较大，因此根据空间距离，所述光束整形模块使用4个焦距f＝150mm的透镜，激光扩束后照射到slm面板上，slm加载特定的全息图实现对入射光的相位调制，调制后的光束通过2套4f系统进入弹射物镜，slm面板平面与弹射物镜后焦面共轭，光束透过弹射物镜后在焦平面呈现所需的光强分布；

14、作为一种举例说明，所述一定角度为锐角。

15、作为一种举例说明，所述第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的焦距均为f＝150mm。

16、所述分选接收运动控制模块用于在激光能量的作用下将目标细胞弹出并接收；

17、所述分选接收运动控制模块包括：激光弹射芯片以及细胞接收器；

18、所述激光弹射芯片包括：玻璃底片和覆膜，覆膜位于玻璃底片上，样本附着在覆膜上；所述细胞接收器位于激光弹射芯片的下方，当激光弹射芯片接收到弹射物镜传递过来的激光能量时，将样本中的细胞弹射到细胞接收器中，实现细胞的弹射分选；

19、所述显微成像模块用于对激光弹射芯片上的样品组织进行光学成像，并获取样品组织中每个细胞的位置和轮廓；

20、所述显微成像模块包括：光学显微成像装置和图像识别定位系统；

21、所述光学显微成像装置用于：对样品组织进行光学成像生成图像；

22、所述图像识别定位系统用于：通过图像识别的方式获取图像中每个细胞的位置和轮廓；

23、作为一种举例说明，所述显微成像模块具体结构设计包括：成像相机、第七透镜、第八透镜、分光片、led、第五反射镜和定位物镜。

24、其中：所述定位物镜的下方设置有第五反射镜；所述第五反射镜的左侧设置有分光片；所述分光片的上方依次设置有第七透镜和led；所述分光片的左侧依次设置有第八透镜和成像相机。

25、本发明还包括一种激光弹射显微切割装置的弹射分选方法，具体分选步骤如下：

26、步骤一、通过显微成像模块，对分选接收运动控制模块中激光弹射芯片上的样品组织进行光学成像，并获取样品组织中每个细胞簇或单细胞的位置和轮廓；

27、步骤二、触发激光控制模块发出脉冲激光，通过光束整形模块将脉冲激光调制成与样品组织中每个细胞簇或单细胞的位置和轮廓一致的光斑；

28、步骤三、通过脉冲激光的能量与弹射芯片覆膜的作用，促使激光弹射芯片将样品组织中的细胞簇或单细胞弹出，实现细胞分选与接收。

29、本发明的有益效果：

30、1、激光诱导正向转移(lift)由于其转移微小物质的能力已被用来分离包括细菌在内的单细胞。基于激光与材料相互作用的原理，生物膜吸收激光并产生膨胀力，推动粘附在生物膜上的细胞，在膨胀力的作用下，目标细胞被推入接收器中以进行后续研究。激光器一般产生相位均一的高斯光束，通过显微物镜或透镜聚焦后形成一个聚焦光斑，而单点的高斯光斑只能将组织弹碎，不能从组织中分选完整的单细胞；由此提出光束整形激光诱导向前转移从组织中分选细胞，使用空间光调制器可将光束整形为环形涡旋光及其他轮廓，并通过显微物镜聚焦，对目标下拨进行弹射分选，实现高精度、低损伤和高通量的分选，是激光诱导向前转移技术首次用于从组织中分选单细胞。

31、2、脉冲激光作用于覆膜，而非持续作用于组织表面，损伤减小，能耗降低。

32、3、通过光束整形将光斑调制成目标形状，不需要位移台移动，准确率和分选通量提高。

33、4、分选的细胞可以直接被接收器接收，不需另外使用接收方法缩短分选时间，提高分选效率。