專利名稱：一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法及
其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光鑷技術(shù)作為一種通過激光束移動(dòng)微小物體的技術(shù)，目前將生物醫(yī)學(xué)與光鑷技術(shù) 的結(jié)合已經(jīng)很普遍，用物理特性表征生物細(xì)胞的一些生物特性也是目前技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方 向，細(xì)胞折射率的變化是表征細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)物理特性。因此對細(xì)胞折射率的研 究是輔助醫(yī)學(xué)診斷的一種物理方法。 當(dāng)前已經(jīng)在試驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)的利用細(xì)胞折射率的變化表征細(xì)胞狀態(tài)的方法包括有 一、光鑷?yán)旒?xì)胞方法，不同折射率的細(xì)胞形變程度不同；二、光鑷推細(xì)胞，不同折射率的細(xì) 胞速度不同，三、原子力顯微鏡測細(xì)胞表面力，而同種細(xì)胞折射率不同意味著細(xì)胞的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)發(fā)生變化，因此用細(xì)胞折射率的變化表征細(xì)胞狀態(tài)的方法可以與醫(yī)學(xué)診斷相結(jié)合。
因此，對利用折射率不同對細(xì)胞進(jìn)行分選和表征有著很重要的醫(yī)學(xué)及實(shí)際意義。 并且用物理方法測量細(xì)胞折射率，從而應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷上，摒棄了醫(yī)學(xué)上要用熒光染色標(biāo) 定，不僅可以保證細(xì)胞的活性，而且由于對細(xì)胞是非接觸操縱，因此不會傷害細(xì)胞的特性。
從物理角度而言，光鑷操縱技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，光鑷操縱生物細(xì)胞，及應(yīng)用于微操 縱已經(jīng)很普遍，將光鑷應(yīng)用到細(xì)胞分選表征已經(jīng)有了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法及其系
統(tǒng)，可以用光鑷光束操縱細(xì)胞進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞在達(dá)到逃逸速度時(shí)會出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象，鑒于
不同折射率的細(xì)胞具有不同的的逃逸速度，從而分選表征不同折射率的細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對不同
狀態(tài)的細(xì)胞進(jìn)行區(qū)分，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。
為此，本發(fā)明提供了一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法，包括以下步驟 利用光鑷光束對待檢測細(xì)胞進(jìn)行照射，實(shí)現(xiàn)用光鑷光束捕獲待檢測細(xì)胞； 旋轉(zhuǎn)光鑷光束進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，待檢測細(xì)胞隨著光鑷光束進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)； 逐步提高調(diào)節(jié)光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度，在每個(gè)待檢測細(xì)胞出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象時(shí)，都同時(shí)
實(shí)時(shí)記錄光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度以及對應(yīng)地采集該出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象細(xì)胞的圖像； 根據(jù)上述記錄的所有細(xì)胞在出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象時(shí)具有的光鑷光束旋轉(zhuǎn)速度的大小，對
所有的細(xì)胞進(jìn)行分類，并且輸出顯示對應(yīng)該光鑷光束旋轉(zhuǎn)速度的出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象的細(xì)胞，最
終實(shí)現(xiàn)對不同細(xì)胞的分選表征。 優(yōu)選地，通過將光鑷光束穿過用于折射的玻璃片，旋轉(zhuǎn)該玻璃片，使得光鑷光束出 現(xiàn)偏折而實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)選地，所述用于折射的玻璃片在縱向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
此外，本發(fā)明還提供了一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，包括有
激光器l，用于發(fā)出光鑷激光光束并水平照射到望遠(yuǎn)系統(tǒng)2上； 望遠(yuǎn)系統(tǒng)2，該望遠(yuǎn)系統(tǒng)2由一對透鏡構(gòu)成，位于所述激光器1的左邊，激光器1發(fā)
出的水平激光穿過該望遠(yuǎn)系統(tǒng)2后照射到平面反射鏡4上； 動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置，用于帶動(dòng)其上安裝的用于折射的玻璃片3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得經(jīng) 過該玻璃片3的光鑷光束偏折而進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上安裝的玻璃片3位于 所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)2包含的一對透鏡之間； 平面反射鏡4，所述平面反射鏡4位于所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)2的左邊，所述平面反射鏡4 包括縱向上下分布的上平面鏡41和下平面鏡42，所述上平面鏡41和下平面鏡42沿水平方 向上下對稱，所述下平面鏡42與水平面的夾角為銳角且該下平面鏡42的頭部向左傾斜；
雙色分束鏡5，位于所述上平面鏡41的右邊，所述上平面鏡41與雙色分束鏡5位 于同一平面上，所述上平面鏡41與雙色分束鏡5沿垂直方向左右對稱；
所述雙色分束鏡5的正下方設(shè)置有高倍顯微鏡6，所述高倍顯微鏡6下方設(shè)置有微 量細(xì)胞樣品芯片7，所述微量細(xì)胞樣品芯片7位于移動(dòng)平臺9上，所述微量細(xì)胞樣品芯片7 的正下方設(shè)置有照明光源8，所述照明光源8位于移動(dòng)平臺9的下方； 所述雙色分束鏡5的正上方設(shè)置有CCD攝像機(jī)10，所述CCD攝像機(jī)10與一臺計(jì)算 機(jī)11相連接。優(yōu)選地，所述激光器1為1064nm波長的激光器，所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)2為一對1064nm波 長的增透透鏡，所述上平面鏡41和下平面鏡42是1064nm增反的平面鏡。
優(yōu)選地，所述雙色分束鏡5為45度雙色分束鏡。 優(yōu)選地，所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)它上安裝的玻璃片在縱向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選地，所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置中，所述玻璃片3安裝在驅(qū)動(dòng)電刷上，由驅(qū)動(dòng)電刷轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)玻璃片的旋轉(zhuǎn)，從而使光鑷中光束有偏折而實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)選地，所述下平面鏡42與動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上面安裝的用于折射的玻璃片3位于同 一平面上。 由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見，本發(fā)明提出了一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選 表征方法及其系統(tǒng)，可以用光鑷光束操縱細(xì)胞進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞在達(dá)到逃逸速度時(shí)會出 現(xiàn)逃逸現(xiàn)象，鑒于不同折射率的細(xì)胞具有不同的的逃逸速度，從而分選表征不同折射率的 細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對不同狀態(tài)的細(xì)胞進(jìn)行區(qū)分，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具有重大的生產(chǎn)實(shí) 踐意義。


圖1為本發(fā)明提供的一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明提供的一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明提供的一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置中 用于產(chǎn)生光束偏轉(zhuǎn)的玻璃片示意圖； 圖4為在本發(fā)明的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)操縱下細(xì)胞進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的采樣圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 參見圖l，本發(fā)明提供了一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法，該方法包括以下 步驟 步驟S101 :利用光鑷光束對待檢測細(xì)胞進(jìn)行照射，實(shí)現(xiàn)用光鑷光束捕獲待檢測細(xì) 胞； 步驟S102 :旋轉(zhuǎn)光鑷光束進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，待檢測細(xì)胞隨著光鑷光束進(jìn)行圓周運(yùn) 動(dòng)； 在本發(fā)明中，將光鑷光束穿過位于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上的用于折射的玻璃片，旋轉(zhuǎn)該 玻璃片，使得光鑷光束出現(xiàn)偏折而實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。 需要說明的是，具體實(shí)現(xiàn)上，動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)它上面的用于折射的玻璃片在縱 向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 在本發(fā)明中，具體實(shí)現(xiàn)上，通過一個(gè)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置將可調(diào)節(jié)的玻璃片安裝在驅(qū)動(dòng) 電刷上，電刷轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)玻璃片的旋轉(zhuǎn)，使光鑷中光束有一定偏折實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，參見圖3，圖 3為動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置中用于產(chǎn)生光束偏轉(zhuǎn)的玻璃片示意圖，在圖中，箭頭所示的光鑷激光光束 與玻璃片的夾角為小i，出射角為小r，玻璃片傾角為9 ，玻璃片折射率為n，玻璃片的厚度為 d。 步驟S103 :逐步提高調(diào)節(jié)光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度，在每個(gè)待檢測細(xì)胞出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象
時(shí)，都同時(shí)實(shí)時(shí)記錄光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度以及對應(yīng)地采集該出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象細(xì)胞的圖像； 上述在出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象時(shí)光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度即為細(xì)胞的逃逸速度。
步驟S104 :根據(jù)上述記錄的所有細(xì)胞在出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象時(shí)具有的光鑷光束旋轉(zhuǎn)速
度(即細(xì)胞具有的旋轉(zhuǎn)速度)的大小，對所有的細(xì)胞進(jìn)行分類，并且輸出顯示對應(yīng)該光鑷光
束旋轉(zhuǎn)速度的出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象的細(xì)胞，最終實(shí)現(xiàn)對不同細(xì)胞的分選表征。 需要說明的是，不同折射率的物質(zhì)具有的逃逸速度是不同的，因此逃逸速度可以 應(yīng)用于折射率的表征，同時(shí)，如前所述，由于不同的折射率表征了不同的細(xì)胞狀態(tài)，因此根 據(jù)不同的逃逸速度可以對具有不同折射率的細(xì)胞進(jìn)行分類，從而分選表征出不同狀態(tài)下的 細(xì)胞， 因此本發(fā)明，通過利用光鑷光束操縱待檢測細(xì)胞作圓周運(yùn)動(dòng)，緩慢調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度， 當(dāng)光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到待檢測細(xì)胞逃逸速度時(shí)，記錄此時(shí)光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度(等于 待檢測細(xì)胞的逃逸速度)，然后根據(jù)出現(xiàn)細(xì)胞逃逸現(xiàn)象時(shí)不同的光鑷光束旋轉(zhuǎn)速度，對不同 細(xì)胞進(jìn)行分類，從而對于不同種細(xì)胞，或是同種細(xì)胞的不同狀態(tài)(如有基因轉(zhuǎn)入)等，都可 以運(yùn)用上述本發(fā)明提供的方法進(jìn)行分選。 基于上述本發(fā)明提供的一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法，參見圖2，本發(fā)明
提供了一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 激光器l，用于發(fā)出光鑷激光光束并水平照射到望遠(yuǎn)系統(tǒng)2上； 在本發(fā)明中，所述激光器1優(yōu)選為1064nm波長的激光器； 望遠(yuǎn)系統(tǒng)2，該望遠(yuǎn)系統(tǒng)2由一對透鏡構(gòu)成，位于所述激光器1的左邊，激光器1發(fā) 出的水平激光穿過該望遠(yuǎn)系統(tǒng)2后照射到平面反射鏡4上；在本發(fā)明中，所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)2的 作用是為了縮小激光光束。 具體實(shí)現(xiàn)上，所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)2優(yōu)選為一對1064nm波長的增透透鏡；
動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置，用于帶動(dòng)其上安裝的用于折射的玻璃片3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得經(jīng) 過該玻璃片3的光鑷光束偏折而進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上安裝的玻璃片3位于 所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)2包含的一對透鏡之間； 需要說明的是，具體實(shí)現(xiàn)上，動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)它上安裝的玻璃片在縱向上進(jìn)行 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 在本發(fā)明中，具體實(shí)現(xiàn)上，動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置是將可調(diào)節(jié)的玻璃片安裝在驅(qū)動(dòng)電刷上， 由驅(qū)動(dòng)電刷轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)玻璃片的旋轉(zhuǎn)，使光鑷中光束有一定偏折實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，參見圖3，圖 3為動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置中用于產(chǎn)生光束偏轉(zhuǎn)的玻璃片示意圖，在圖中，箭頭所示的光鑷激光光束 與玻璃片的夾角為小i，出射角為小r，玻璃片傾角為9 ，玻璃片折射率為n，玻璃片的厚度為 d。 所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置可用電壓調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，可由玻璃片的厚度，加載的器件形狀 大小、及玻璃片的傾角來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑，將其他的裝置放在此位置中也能實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，如 空間光調(diào)制器，震境等。 平面反射鏡4，所述平面反射鏡4位于所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)2的左邊，所述平面反射鏡4 包括縱向上下分布的一對1064nm增反的上平面鏡41和下平面鏡42，所述上平面鏡41和下 平面鏡42沿水平方向上下對稱，所述下平面鏡42與水平面的夾角為銳角且該下平面鏡42 的頭部向左傾斜； 需要說明的是，所述下平面鏡42與動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上面安裝的用于折射的玻璃片3 位于同一平面上。 雙色分束鏡5，位于所述上平面鏡41的右邊，所述上平面鏡41與雙色分束鏡5位 于同一平面上，所述上平面鏡41與雙色分束鏡5沿垂直方向左右對稱；
在本發(fā)明中，所述雙色分束鏡5優(yōu)選為45度雙色分束鏡。 所述雙色分束鏡5的正下方設(shè)置有高倍顯微鏡6，所述高倍顯微鏡6下方設(shè)置有 微量細(xì)胞樣品芯片7，所述微量細(xì)胞樣品芯片7位于所述三維微調(diào)節(jié)移動(dòng)平臺9上，所述微 量細(xì)胞樣品芯片7的正下方設(shè)置有照明光源8，所述照明光源8位于三維微調(diào)節(jié)移動(dòng)平臺9 的下方； 所述雙色分束鏡5的正上方設(shè)置有CCD (電荷耦合器件)攝像機(jī)10，所述CCD攝像 機(jī)IO與一臺計(jì)算機(jī)ll相連接。 對于上述本發(fā)明提供的基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，具體運(yùn)用上，首先，將 待檢測細(xì)胞與已知折射率樣本的粒子制作在同一個(gè)微量細(xì)胞樣品芯片7上，然后將微量細(xì) 胞樣品芯片7放置到三維微調(diào)節(jié)移動(dòng)平臺9上，并打開激光器1，輸出光鑷激光光束，穩(wěn)定光 鑷激光光束的輸出功率實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)細(xì)胞或樣品粒子的穩(wěn)定捕獲；然后確定圓周運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn) 半徑，打開動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置的電源，動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置的通電電壓由低到高逐漸非常緩慢的調(diào)節(jié)， 從而實(shí)現(xiàn)讓動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上安裝的玻璃片進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)且旋轉(zhuǎn)速度緩慢增加，如前所述， 光鑷激光光束隨著玻璃片的轉(zhuǎn)動(dòng)而有一定偏轉(zhuǎn)而進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，光鑷激光光束捕獲的細(xì)胞 隨著光鑷激光光束進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，參見圖4 ; 在調(diào)節(jié)過程之中，通過高倍顯微鏡6以及CCD攝像機(jī)10， CCD攝像機(jī)10相連接的 計(jì)算機(jī)11實(shí)時(shí)觀察待檢測細(xì)胞出現(xiàn)逃逸的瞬時(shí)情況，并記錄下動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置3在待檢測細(xì) 胞出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象時(shí)對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度，激光輸出功率；
然后分別對細(xì)胞及樣本粒子進(jìn)行上述操作，由計(jì)算機(jī)11采集出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象的待 檢測細(xì)胞圖像，并同時(shí)記錄數(shù)據(jù)(即動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)速度)，并重復(fù)多次進(jìn)行，將采集 的出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象的待檢測細(xì)胞圖像與同時(shí)記錄的數(shù)據(jù)(即動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)速度，也就 是待檢測細(xì)胞的逃逸速度)進(jìn)行分析，根據(jù)逃逸速度的不同，對具有不同逃逸速度的待檢 測細(xì)胞進(jìn)行分類，分選出具有不同折射率的細(xì)胞并在計(jì)算機(jī)11上顯示出來，最終分選表征 出不同狀態(tài)下的細(xì)胞。 需要說明的是，在光鑷激光光束的圓周運(yùn)動(dòng)速度低于逃逸速度時(shí)，細(xì)胞或樣品粒 子跟隨著光鑷激光光束一起連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在光鑷激光光束的圓周運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到細(xì)胞的逃逸速 度時(shí)，細(xì)胞或樣品粒子瞬間從捕獲光束中(即光鑷激光光束中)脫離，速度超過逃逸速度之 后細(xì)胞或樣品不再隨光鑷光束的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
下面說明一下本發(fā)明的工作原理。 在微量細(xì)胞樣品芯片7中的細(xì)胞受到周圍環(huán)境溶液的粘滯阻力，及光鑷的拉力， 在細(xì)胞速度不斷增加的過程中粘滯阻力不斷增加，光鑷對細(xì)胞的拉力存在一個(gè)極大值，在 細(xì)胞速度不斷增加的過程中，光鑷最大拉力對應(yīng)一個(gè)最大的速度，細(xì)胞速度達(dá)到最大速度 時(shí)，將出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象。折射率作為影響拉力的一個(gè)因素，不同折射率的物質(zhì)逃逸速度是不同 的，因此細(xì)胞的逃逸速度可以應(yīng)用于細(xì)胞折射率的表征。 因此本發(fā)明，利用操縱細(xì)胞作圓周運(yùn)動(dòng)，緩慢調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)速度達(dá)到逃逸速度 時(shí)，記錄此時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度，不同種細(xì)胞，或是同種細(xì)胞的不同狀態(tài)如有基因轉(zhuǎn)入等，都可以 運(yùn)用本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)進(jìn)行分選。 對于本發(fā)明提供的基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，由光鑷與一個(gè)產(chǎn)生圓周運(yùn) 動(dòng)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置組成，光鑷激光光束通過該動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置而帶動(dòng)被光束捕獲的細(xì)胞進(jìn)行 圓周運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞圓周運(yùn)動(dòng)速度與半徑可以靈活調(diào)節(jié)，在半徑不變情況下，當(dāng)速度提高到臨界 速度時(shí)，細(xì)胞將脫離光鑷光束，出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象。由于不同折射率的細(xì)胞具有不同逃逸速度， 且光鑷作用力對折射率微小差異非常敏感，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)基于細(xì)胞折射率微小差異的細(xì) 胞分選表征。 在本發(fā)明提供的基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)中，由光鑷激光光束操縱的細(xì) 胞隨著光束進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度由電壓控制連續(xù)可微調(diào)，在速度不斷緩慢增大的過程 中，當(dāng)達(dá)到一定速度時(shí)細(xì)胞出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象，其它條件統(tǒng)一的情況下折射率是影響逃逸速度 的唯一因素，若折射率不同，在系統(tǒng)中觀察到的逃逸速度是不同的。因此可通過細(xì)胞折射率 差異實(shí)現(xiàn)分選表征，該系統(tǒng)設(shè)備簡單，準(zhǔn)確性高。 在動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置的圓周運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)半徑確定的情況下，達(dá)到逃逸速度時(shí)可由控制速 度的電壓直接讀出，用電壓表征速度。 綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提出了一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征 方法及其系統(tǒng)，可以用光鑷光束操縱細(xì)胞進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞在達(dá)到逃逸速度時(shí)會出現(xiàn)逃 逸現(xiàn)象，鑒于不同折射率的細(xì)胞具有不同的的逃逸速度，從而分選表征不同折射率的細(xì)胞， 實(shí)現(xiàn)對不同狀態(tài)的細(xì)胞進(jìn)行區(qū)分，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意 義。 基于正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的折射率不同，本發(fā)明提供的基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表 征方法及其系統(tǒng)可以應(yīng)用于正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的檢驗(yàn)上，來代替醫(yī)學(xué)作為細(xì)胞是否發(fā)生癌變的一個(gè)物理方法。在初期的正常細(xì)胞和癌細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化但是其大小未產(chǎn)生明顯
差異，對應(yīng)其物理特性即其光學(xué)折射率發(fā)生變化，則用本發(fā)明提供的系統(tǒng)，通過折射率差異
影響細(xì)胞圓周運(yùn)動(dòng)的逃逸速度理論，對細(xì)胞進(jìn)行排查看是否含有癌細(xì)胞。 本發(fā)明可以避免在生物操縱中的熒光染色，且不影響細(xì)胞的活性。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人
員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)
視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法，其特征在于，包括以下步驟利用光鑷光束對待檢測細(xì)胞進(jìn)行照射，實(shí)現(xiàn)用光鑷光束捕獲待檢測細(xì)胞；旋轉(zhuǎn)光鑷光束進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，待檢測細(xì)胞隨著光鑷光束進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)；逐步提高調(diào)節(jié)光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度，在每個(gè)待檢測細(xì)胞出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象時(shí)，都同時(shí)實(shí)時(shí)記錄光鑷光束的旋轉(zhuǎn)速度以及對應(yīng)地采集該出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象細(xì)胞的圖像；根據(jù)上述記錄的所有細(xì)胞在出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象時(shí)具有的光鑷光束旋轉(zhuǎn)速度的大小，對所有的細(xì)胞進(jìn)行分類，并且輸出顯示對應(yīng)該光鑷光束旋轉(zhuǎn)速度的出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象的細(xì)胞，最終實(shí)現(xiàn)對不同細(xì)胞的分選表征。
2. 如權(quán)利要求1所述的細(xì)胞分選表征方法，其特征在于，通過將光鑷光束穿過用于折 射的玻璃片，旋轉(zhuǎn)該玻璃片，使得光鑷光束出現(xiàn)偏折而實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的細(xì)胞分選表征方法，其特征在于，所述用于折射的玻璃片在縱 向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
4. 一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，其特征在于，包括有 激光器(l)，用于發(fā)出光鑷激光光束并水平照射到望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)上；望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)，該望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)由一對透鏡構(gòu)成，位于所述激光器(1)的左邊，激光器(1)發(fā)出的水平激光穿過該望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)后照射到平面反射鏡(4)上；動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置，用于帶動(dòng)其上安裝的用于折射的玻璃片(3)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得經(jīng)過 該玻璃片(3)的光鑷光束偏折而進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上安裝的玻璃片(3)位于所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)包含的一對透鏡之間；平面反射鏡(4)，所述平面反射鏡(4)位于所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)的左邊，所述平面反射鏡(4) 包括縱向上下分布的上平面鏡(41)和下平面鏡(42)，所述上平面鏡(41)和下平面鏡 (42)沿水平方向上下對稱，所述下平面鏡(42)與水平面的夾角為銳角且該下平面鏡(42) 的頭部向左傾斜；雙色分束鏡(5)，位于所述上平面鏡(41)的右邊，所述上平面鏡(41)與雙色分束鏡(5) 位于同一平面上，所述上平面鏡(41)與雙色分束鏡(5)沿垂直方向左右對稱； 所述雙色分束鏡(5)的正下方設(shè)置有高倍顯微鏡(6)，所述高倍顯微鏡(6)下方設(shè)置有微量細(xì)胞樣品芯片(7)，所述微量細(xì)胞樣品芯片(7)位于移動(dòng)平臺(9)上，所述微量細(xì)胞樣 品芯片(7)的正下方設(shè)置有照明光源(8)，所述照明光源(8)位于移動(dòng)平臺(9)的下方；所述雙色分束鏡(5)的正上方設(shè)置有CCD攝像機(jī)(IO)，所述CCD攝像機(jī)(10)與一臺計(jì) 算機(jī)(11)相連接。
5. 如權(quán)利要求4所述的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器(1)為1064nm波 長的激光器，所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)為一對1064nm波長的增透透鏡，所述上平面鏡(41)和下平 面鏡(42)是1064nm增反的平面鏡。
6. 如權(quán)利要求4所述的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，其特征在于，所述雙色分束鏡(5)為45度 雙色分束鏡。
7. 如權(quán)利要求4所述的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)它上 安裝的玻璃片在縱向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
8. 如權(quán)利要求4所述的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置中，所述玻 璃片(3)安裝在驅(qū)動(dòng)電刷上，由驅(qū)動(dòng)電刷轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)玻璃片的旋轉(zhuǎn)，從而使光鑷中光束有偏折而實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求4所述的細(xì)胞分選表征系統(tǒng)，其特征在于，所述下平面鏡(42)與動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置上面安裝的用于折射的玻璃片(3)位于同一平面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于動(dòng)態(tài)光鑷的細(xì)胞分選表征方法及其系統(tǒng)，可以用光鑷光束操縱細(xì)胞進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞在達(dá)到逃逸速度時(shí)會出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象，鑒于不同折射率的細(xì)胞具有不同的逃逸速度，從而分選表征不同折射率的細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對不同狀態(tài)的細(xì)胞進(jìn)行區(qū)分，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。
文檔編號C12Q1/04GK101701244SQ200910071098
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者張勃, 方志良, 朱思偉, 步敬, 袁小聰 申請人:南開大學(xué)