[发明专利]利用楔形光镊光场分选微粒的方法

说明书

本发明公开了一种利用楔形光镊光场分选微粒的方法，包括：将激光会聚成尖端为楔形的形状，从而在微流道样品池中形成楔形光镊光场；所述微流道样品池具有一个或多个入口；微米尺度的微粒从微流道样品池的入口进入微流道样品池后，不同的微粒混合形成稳恒流场，并跟随流场进入楔形光镊光场，不同的微粒由于折射率或形状不同，在不同光学梯度力和流场的共同作用下沿着不同轨迹运动，从而从不同出口流出。该方法可以极大的提高微粒的分选效率。

技术领域

本发明涉及光学操控及生物医学技术领域，尤其涉及一种利用楔形光镊光场分选微粒的方法。

背景技术

生物医学以及生命科学研究中需要在大量细胞中分选出特定种类的细胞。之前的分选方法，通常是先利用密度梯度离心法对样品进行初步富集，而后用免疫密度离心，免疫磁珠分选，流式细胞分选等方法对细胞进行精确筛选。

其中免疫梯度离心和免疫磁珠分选法不能用于在大批细胞中分选极微量的目标细胞。因此，目前的主流分选技术还是采用流式细胞仪通过对细胞进行免疫荧光染色的方法进行细胞分选。

在流式细胞仪中待分选细胞经过荧光染色后随溶液进入毛细喷嘴，通过喷嘴以后的细胞在束流中被排成一列，在鞘流包裹下依次通过检测窗口。通过检测窗口后含有细胞的束流被超声打碎成包含单个细胞的微小液滴。通过检测窗口的细胞如果是被荧光染色的目标细胞，仪器会使对应液滴带上微量的电荷，目标细胞在电场作用下改变运动轨迹而被收集。

流式细胞仪技术成熟，但装置结构复杂，分选时束流的流速，鞘流的流量都需要精细调节，应用不够方便。由于需要对细胞进行免疫荧光标记，所以目标细胞可能在标记过程中死亡或丢失。

具有梯度的光场能够对微粒产生力的作用并改变其运动轨迹，可以方便的用于操纵和分选包括生物细胞在内的各种微粒。基于这种光力学效应的光镊技术已经在科学研究中有了广泛的应用。梯度光场对微粒的作用效果取决于微粒大小、密度、折射率、形状以及光场梯度本身，因此可以在不进行荧光染色的情况下利用细胞形态、大小和折射率等物理性质分辨目标细胞，在应用上具有一定优势。

微流道技术是一种受到长期关注并在持续发展的新兴技术。它通过将流体限制在微小的管腔中间流动创造出一个稳定、可控，而且能够与外界进行快速的物质和热量交换的微环境。微流道技术方便连续处理大量细胞，进行单细胞水平研究与分析，是生物学分析中非常有用的技术。

由于微流道系统的尺寸微小，内部的雷诺数很低，流场通常为稳定的层流，各层之间的组分之间混合的速度很慢。鉴于微粒的层间运动只能依赖缓慢的扩散运动，因此利用微操作手段将微粒移动到不同的层位就可以达到分离的目的。

采用光镊技术与微流道结合分选细胞具有特别的优势。微流道可以构建在单一的芯片上，有利于缩小设备体积。在分选过程中流场缓冲液和样品溶液的进样速度调节精度要求不高，分选更加方便。另外光镊技术利用光-力学效应对微粒进行分选，不需要对样品进行免疫标记，也极大的方便了实验操作。

目前已有研究者将光的力学效应(或光镊技术)与微流道相结合的实验，主要应用于在微流道中对单个生物粒子进行操控或者检测(Probst,Christopher,et al.,Journalof microbiological methods 95.3 2013:470-476.，Burger,Robert,et al.,Lab on aChip 15.2 2015:378-381.)。2003年Dholakia等采用激光点阵产生的力学效果实现了对微小粒子的分选(MacDonald,M.P.,G.C.Spalding,and Kishan Dholakia.,Nature426.6965,2003:421.)。另外2011年也有文献提出使用单光镊在微流道中对细胞等微小粒子进行辨别和分选(Wang,Xiaolin,et al.,Lab on a Chip 11.21,2011:3656-3662.)。