本發明屬于單細胞精準操作領域，具體涉及一種精準控制單細胞移動與彈射篩選的裝置。

背景技術：

光同時具有能量與動量，光的動量可以和物質相互作用而產生勢阱效應，光的勢阱效應可以用來捕獲微小粒子。光纖單細胞捕獲光鑷就是一種利用光強度分布的梯度力和散射力俘獲和操縱微小粒子的工具。1986年，Ashkin等人首次在“Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles”中提出單光束激光的光勢阱操作微小粒子的空間移動的控制方法，可以吸引微小粒子固定在光腰。這是“光鑷”這一概念首次被提出。光鑷在工作過程中擁有定位精確、不污染液體環境、不直接與捕獲對象接觸以及對捕獲對象無損傷等特點，因此在諸多學科均有快速的發展，尤其是物理、生物醫學以及膠體科學等領域。

利用特殊結構的光纖制作的單光纖光鑷，具有尺寸小、集成度高、操作方便、捕獲力大、穩定等一系列優點，近年來受到很大的關注。專利號為ZL200810064013.X的發明專利提出了一種集成于單根光纖的多光鑷，其提出利用具有多個纖芯的光纖，將端面研磨加工處理形成具有對稱或者不對稱的多角楔形，從而實現多個粒子的同時捕獲，通過調整纖芯的數量來調節捕獲點的數量。但該發明存在以下問題：不能對每一個捕獲點進行單獨的控制，因而無法單獨剔除被捕獲到的非目標粒子；不能實現在保持光鑷靜止的前提下實現粒子的運動。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種精準控制單細胞移動與彈射篩選的裝置，該裝置體積小、操作方便、結構簡單、成本低廉、具有多個捕獲點，既可以實現對長條形粒子及片狀單細胞穩定捕獲，也能夠實現單細胞精密移動及七個方向彈射篩選。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種精準控制單細胞移動與彈射篩選的裝置，包括七芯光纖探針1、注光光纖組2、耦合透鏡組3、激光光源4、光纖分束器5、光纖衰減器6；七芯光纖中的六根纖芯呈圓形排列，第七根纖芯位于圓形中心處，七芯光纖一端端面研磨成三組對稱斜面構成七芯光纖探針1，每組纖芯折射光匯聚形成的光阱力均可捕獲單細胞；光纖分束器5分別通過光纖衰減器6對應與注光光纖組2中的七根注光單模光纖連接，注光光纖組2通過耦合透鏡組3把光導入七芯光纖探針1中，以壓縮注光光纖組2七根光束之間的距離，使之與七芯光纖探針1中的纖芯間距尺寸匹配。

進一步，所述七芯光纖探針1中纖芯1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6呈圓形排列，纖芯1-7位于圓形中心處，所有纖芯間距均為35μm，各纖芯直徑均為8μm，光纖包層直徑為125μm。

進一步，所述七芯光纖探針1中，纖芯1-1和1-4、纖芯1-2和1-5、纖芯1-3和1-6分別以纖芯1-7為對稱軸研磨成三組對稱斜劈，三組研磨角度均不同且各組研磨角度均在10°～17°之間。

進一步，所述注光光纖組2為七根單模光纖緊密排列，六根光纖以圓形排列在外圍，第七根光纖位于圓形正中且彼此間緊密固定。

進一步，所述激光光源4為波長980nm或1064nm的激光光源，其總功率大于300mW且七路功率均可通過光纖衰減器調整。

進一步，所述光纖分束器5將激光光源輸出光分為七束光強相等的激光。

本發明的有益效果在于：1、具有三個不同位置的捕獲點，因而可以用來穩定的捕獲長條形的微粒，例如大腸桿菌。2、可以單獨控制每個捕獲點處的光強，從而控制每個捕獲點的光阱力，因而可以實現粒子的移動與旋轉操作。3、捕獲后單側纖芯斷光，實現單細胞的七個方向彈射篩選。4、采用器件價格低廉，制作簡單，適合大規模生產，在生物醫學等需要單細胞精準操作的領域有較好的應用前景。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為精準控制單細胞移動與彈射篩選裝置系統示意圖；

圖2為七芯光纖探針示意圖；

圖3為一組對稱纖芯折射后捕獲單細胞示意圖；

圖4為七芯光纖探針三組角度焦點位置示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。

如圖所示，本發明中的精準控制單細胞移動與彈射篩選的裝置，包括七芯光纖探針1、注光光纖組2、耦合透鏡組3、激光光源4、光纖分束器5、光纖衰減器6；七芯光纖中的六根纖芯呈圓形排列，第七根纖芯位于圓形中心處，七芯光纖一端端面研磨成三組對稱斜面構成七芯光纖探針1，每組纖芯折射光匯聚形成的光阱力均可捕獲單細胞；光纖分束器5分別通過光纖衰減器6對應與注光光纖組2中的七根注光單模光纖連接，注光光纖組2通過耦合透鏡組3把光導入七芯光纖探針1中，以壓縮注光光纖組2七根光束之間的距離，使之與七芯光纖探針1中的纖芯間距尺寸匹配。調節改光纖衰減器6即可實現聚焦光束光強調節；三組不同角度的匯聚光束，可捕獲一至三個細胞，亦可實現單細胞在三個捕獲點之間的精密移動，亦可捕獲后單側纖芯斷光，實現單細胞的七個方向彈射篩選。

具體的，所述七芯光纖探針1中纖芯1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6呈圓形排列，纖芯1-7位于圓形中心處，所有纖芯間距均為35μm，各纖芯直徑均為8μm，光纖包層直徑為125μm；七芯光纖一端端面利用裸光纖精密研磨技術研磨成三組對稱斜面，即纖芯1-1和1-4、纖芯1-2和1-5、纖芯1-3和1-6分別以纖芯1-7為對稱軸研磨成三組對稱斜劈，制成七芯光纖探針，三組研磨角度均不同且各組研磨角度均在10°～17°之間。

具體的，注光光纖組2為七根單模光纖緊密排列，六根光纖以圓形排列在外圍，第七根光纖位于圓形正中且彼此間緊密固定。激光光源4為波長980nm或1064nm的激光光源，其總功率大于300mW且七路功率均可通過光纖衰減器調整。光纖分束器5將激光光源輸出光分為七束光強相等的激光。

實施例1

1、取一段七芯光纖，長度為1m，在光纖的一端，用光纖剝線鉗剝除光纖涂覆層50mm，使用無紡布蘸取酒精和乙醚混合液，反復擦拭光纖外包層，直至清潔后備用；

2、用光纖切割刀將清潔后的光纖端面切割平整；

3、使用裸光纖精密磨錐機，每兩個對角的纖芯為一對，共三對，分別研磨成角度為11°、14°、17°的對稱斜劈形狀，制成七芯光纖探針(如圖2)；

4、取七段單模光纖，每段長度為1m，在光纖的一端，剝除光纖的涂覆層50mm，使用無紡布蘸取酒精和乙醚混合液，反復擦拭光纖外包層，直至清潔后備用；

5、用光纖切割刀將清潔后的七段單模光纖端面切割平整，使去除涂覆層的光纖長度為20mm；

6、將步驟5中的七段單模光纖按六根以圓形與中間放置第七根的形狀排列緊密，并使端面對齊，用環氧膠固定，保證排列形狀為規范的外圍六根光纖排列圓形，正中間排列第七根光纖，構成注光光纖組(如圖1)；

7、取七路光纖分束器，將波長為980nm的激光光源輸出光分為七束強度相等的光束；

8、取7個相同的光纖衰減器，連接在步驟7中光纖分束器的七根輸出光纖上；

9、將步驟8中的七根光纖按順序與步驟6中的七根單模光纖連接，并按照纖芯1-1與纖芯1-4；纖芯1-2與纖芯1-5；纖芯1-3與纖芯1-6的順序進行分組，以便于區分控制。

10、將步驟6中的注光光纖組夾持在耦合透鏡組的大直徑透鏡側，將步驟3中的七芯光纖探針另外一未研磨端切平，夾持在耦合透鏡組的小直徑透鏡側，調節相對位置使注光光纖組輸出光束完全注入到七芯光纖的七根纖芯中(如圖1)；

11、通過調節步驟8中的7個光纖衰減器，調節每組光束的光強大小，從而實現粒子在三個捕獲點之間的精密移動(如圖3、圖4)。

實施例2

如圖1所示，一種精準控制單細胞移動與彈射篩選的裝置。其結構包括構建的七芯光纖探針1、注光光纖組2、耦合透鏡組3、激光光源4、光纖分束器5、光纖衰減器6。

由于構建的七芯光纖探針1的七根纖芯光出射端被分別研磨成3對不同角度的斜劈，因而每組對芯折射匯聚后具有不同位置的光束聚焦點(如圖4)，中央纖芯1-7可單獨用來剔除被捕獲的粒子，調節光纖衰減器，使其中一組對芯通光，得到一個穩定的捕獲點，如需對粒子進行移動，可使其余一組或兩組對芯通光，調節光纖衰減器，由對芯之間光的相對強弱調節粒子移動方向，如需剔除多余粒子，使中央的纖芯通光，調節中央纖芯光強，可以將粒子沿中央芯注光方向彈射推出，達到剔除篩選效果。

最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。