基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法，具体包括以下步骤：制作微流通道、制作骤变锥形光纤、配备细胞悬浮液、安装实验装置及检测；本发明专利技术利用骤变的锥形光纤实现在微流通道中捕获活的单个细菌，并操控捕获的细菌在有流速的流体中灵活、靶向移动，实验设备简单、易控制，实验条件简单，对样品的依赖程度低，工作距离可调，适用广泛。

【技术实现步骤摘要】
基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法
本专利技术属于单细胞操控
，特别是涉及一种基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法。
技术介绍
在微流环境中对微生物和活细胞等进行稳定捕获以及靶向运输，对单细胞生化分析、生物物理分析等领域有着非常重要的作用；基于单束聚焦光束的传统光镊系统被广泛应用于捕获单细胞或单颗粒中，传统光镊和全息光镊也被用于捕获细菌，但是，传统光镊和全息光镊系统用到的聚焦光束和一系列光学元件大大限制了操控的灵活性，特别是聚光镜头对样品有很大限制，虽然抛物线形锥形光纤被应用于捕获酵母菌等较大尺寸的生物样品，但是对于像大肠杆菌这种细菌却很难实现稳定捕获，一方面是因为这种细菌本身有鞭毛、会运动，增加了捕获难度；另一方面细菌尺寸更小增加了捕获难度，特别是在流体环境中，这种捕获更加困难，而细菌的很多生存条件都是微流环境中，所以在微流环境中对单个细菌等生物体进行捕获，对研究单细菌的生化过程以及生物物理特性都非常重要；为了解决这些问题，研发了一种利用骤变锥形光纤在微流中捕获与操控单个单细菌的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法，以实现在流体环境中对单个活细菌或者细胞进行稳定捕获和靶向操控，本方法操作灵活、实施条件简单。本专利技术所采用的技术方案是，基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法，具体包括以下步骤：步骤1：微流通道的制作掩模版制作、光刻、PDMS浇筑微流通道，通道I的宽度为140μm，通道II的宽度为170μm；步骤2：骤变锥形光纤的制作首先用光纤剥线钳去除光纤跳线的缓冲层和塑料外套，去除部位长度20～50cm，然后将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管中，将去除外套的光纤伸出部分用酒精灯外焰进行加热100～150s后，先用0.2～0.5mm/s的速度拉光纤，在2mm的长度范围内光纤直径从125μm下降至10μm，然后使用3～10mm/s的速度将光纤迅速拉断，拉断的光纤末端将形成一个骤变锥形；步骤3：细胞悬浮液配备将实验细胞在L-B培养基中37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液进行清洗与稀释，稀释后细胞的浓度为1.0×105～6.0×105个/mL，备用；步骤4：实验装置安放将制作好的骤变锥形光纤安装在六轴微调节架上，微流通道放置于显微镜移位平台上，细胞悬浮液通过微流泵导入微流通道中，光纤未拉制端连接在输出激光波长为980nm的激光器上，骤变锥形端伸入微流通道中；实验检测信息通过载有CCD的显微镜以及连接的电脑获取显示。进一步的，步骤2中骤变锥形光纤臂端尺寸在48.5μm的长度范围内宽度从9.4μm下降至5.2μm，末端尺寸在长度为4μm的范围内宽度先从5.2μm下降至3.63μm，然后在3.45μm的长度范围内宽度从3.63μm下降至380nm。进一步的，步骤2中骤变锥形光纤末端锥角为30°～60°。进一步的，步骤2中骤变锥形光纤末端锥角为45°。进一步的，步骤4中激光器发出的入射激光功率为10～70mW。本专利技术的有益效果是：在微流环境中利用骤变锥形光纤实现了对单个活细菌的稳定捕获和靶向操控，操作过程简单、灵活准确；本专利技术使用的装置简单，成本低廉；骤变锥形光纤可以从任意角度伸入样品中，对样品依赖性低，工作距离可调，适用面广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是微流通道的结构示意图。图2是本专利技术所使用的微流通道和骤变锥形光纤图。图3是骤变锥形光纤捕获单个活的大肠杆菌的过程图。图4是在微流通道中对捕获的单个大肠杆菌进行靶向移动的示意图。图5是捕获能力与流体流速、激光功率的关系图。图6是本专利技术对不同种类细胞进行捕获的观察图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法，具体包括以下步骤：步骤1：微流通道的制作掩模版制作、光刻、PDMS浇筑微流通道，得到的微流通道结构如图1所示，微流通道的通道尺寸如图2(a)所示，通道I的宽度为140μm，通道II的宽度为170μm，通道深度为150μm；步骤2：骤变锥形光纤的制作骤变锥形光纤是将商用单模光纤跳线进行火焰加热拉制而成；首先用光纤剥线钳去除光纤跳线的缓冲层和塑料外套，去除部位长度20～50cm，然后将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管中，将去除外套的光纤伸出部分用酒精灯外焰进行加热100～150s后，先用0.2～0.5mm/s的速度拉光纤，在2mm的长度范围内光纤直径从125μm下降至10μm，然后使用3～10mm/s的速度将光纤迅速拉断，拉断的光纤末端将形成一个骤变锥形；骤变锥形光纤在光学显微镜下显示如图2b和图2c所示，臂端尺寸在48.5μm的长度范围内从宽度9.4μm下降至宽度5.2μm，在长度为4μm的范围内末端尺寸先从宽度5.2μm下降至宽度3.63μm，然后在3.45μm的长度范围内从宽度3.63μm下降至宽度380nm，末端为一个骤变锥角；骤变锥形光纤的形状与尺寸会直接影响出射光场的分布，进而影响捕获能力；骤变锥形光纤末端锥角太大，出射光不能聚焦，捕获能力差；骤变锥形光纤末端锥角在30°～60°时产生聚焦效果较好，捕获能力强，锥角的角度优选为45°；锥角小于30°时，出射光过于集中，作用的细胞数量变少，捕获能力降低；步骤3：细胞悬浮液配备将实验细胞在L-B培养基中37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液(PBS)进行清洗、稀释，备用，稀释后细胞的浓度为1.0×105～6.0×105个/mL；步骤4：实验装置安放实验装置如图所示，将制作好的骤变锥形光纤安装在六轴微调节架上，微流通道放置于显微镜移位平台上，细胞悬浮液通过微流泵导入微流通道中，光纤未拉制端连接在输出激光波长为980nm的激光器上，骤变锥形光纤伸入微流通道中；实验检测信息通过载有CCD的显微镜以及连接的电脑获取和显示；六轴微调节架的分辨率为50nm；入射激光功率为10～70mW，随着功率增加，捕获更稳定；在实验中，骤变锥形光纤可以从任意角度伸入悬浮液中，测试对细菌悬浮液的要求不高，适用范围广泛；显微镜的物镜参数分别为100倍，NA：0.73，WD：1.0mm，其中NA为镜头数值孔径，WD为工作距离。在微流通道中，使用骤变锥形光纤，实现了光流体对单个活细菌的捕获与灵活靶向三维操控，本方法操作灵活、易与实施，能够实现单个细菌的稳定捕获与操控，本方法还适用于对其他不同种类的细菌、真菌与人体细胞的捕获与操控；对细胞进行捕获时，捕获力与激光功率，激光功率与稳定捕获时的临界流速均呈线性关系。实施例1步骤1：微流通道的制作掩模版制作、光刻、PDMS浇筑微流通道，得到的微流通道结构如图1所示，微流通道的通道尺寸如图2(a)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：微流通道的制作掩模版制作、光刻、PDMS浇筑微流通道，通道I的宽度为140μm，通道II的宽度为170μm；步骤2：骤变锥形光纤的制作首先用光纤剥线钳去除光纤跳线的缓冲层和塑料外套，去除部位长度20～50cm，然后将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管中，将去除外套的光纤伸出部分用酒精灯外焰进行加热100～150s后，先用0.2～0.5mm/s的速度拉光纤，在2mm的长度范围内光纤直径从125μm下降至10μm，然后使用3～10mm/s的速度将光纤迅速拉断，拉断的光纤末端将形成一个骤变锥形；步骤3：细胞悬浮液配备将实验细胞在L‑B培养基中37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液进行清洗与稀释，稀释后细胞的浓度为1.0×105～6.0×105个/mL，备用；步骤4：实验装置安放将制作好的骤变锥形光纤安装在六轴微调节架上，微流通道放置于显微镜移位平台上，细胞悬浮液通过微流泵导入微流通道中，光纤未拉制端连接在输出激光波长为980nm的激光器上，骤变锥形端伸入微流通道中；实验检测信息通过载有CCD的显微镜以及连接的电脑获取显示。...

【技术特征摘要】
1.基于骤变锥形光纤的在微流中捕获与操控单细菌的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：微流通道的制作掩模版制作、光刻、PDMS浇筑微流通道，通道I的宽度为140μm，通道II的宽度为170μm；步骤2：骤变锥形光纤的制作首先用光纤剥线钳去除光纤跳线的缓冲层和塑料外套，去除部位长度20～50cm，然后将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管中，将去除外套的光纤伸出部分用酒精灯外焰进行加热100～150s后，先用0.2～0.5mm/s的速度拉光纤，在2mm的长度范围内光纤直径从125μm下降至10μm，然后使用3～10mm/s的速度将光纤迅速拉断，拉断的光纤末端将形成一个骤变锥形；步骤3：细胞悬浮液配备将实验细胞在L-B培养基中37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液进行清洗与稀释，稀释后细胞的浓度为1.0×105～6.0×105个/mL，备用；步骤4：实验装置安放将制作好的骤变锥形光纤安装在六轴微调节架上，微流通道放置于显微镜移位平台上，细胞悬浮液通过微流泵导入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝军，辛洪宝，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44