基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置及其方法。基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置包括激光器、电脑、电荷耦合元件、显微镜、物镜、光纤探针、玻璃管、载玻片、光纤调节架、载物台。基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控的方法，具体步骤如下：步骤S1：制备用于捕获和操控的光纤探针；步骤S2：组装一维叶绿体阵列；步骤S3：操控一维叶绿体阵列在活细胞内运动；步骤S4：组装二维叶绿体阵列。本发明专利技术实现了对植物细胞内的典型的细胞器叶绿体的操控、排列和组装，此对植物的光合作用和基因工程至关重要。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置及其方法
本专利技术属于光学
，特别是涉及一种基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置及其方法。
技术介绍
传统光镊可以对活体表层的细胞无接触的捕获和操控，但是其穿透深度有限，并且具有复杂、昂贵的装置和庞大的光学系统，无法深入生物体内对深层的细胞进行捕获和操控。现有的体内操控方法，可以实现深入生物体内细胞捕获和操控，其利用激光器对细胞或者粒子产生梯度力，将细胞或者粒子拉向场梯度力的焦点处，完成捕获和操控，但是仅仅只能对单个细胞捕获或者空间固定，难以同时对多个细胞甚至细胞内部的细胞器进行操控、排列和组装。这是由于传统的光操控技术，例如传统光镊，是基于单光束的操控装置，一次只能操控一个物体，并且，由于传统光镊依赖高数值孔径（NA：1.0-1.4）的显微镜镜头，难以伸入活体内部，因此难以操控生物体深层的细胞以及难以同时对多个细胞甚至细胞内部的细胞器进行操控、排列和组装。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，解决了现有技术中传统光镊有限的穿透深度和庞大的光学系统的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控的方法，解决了现有技术中传统光镊无法深入生物体内的细胞捕获和操控以及难以同时对多个细胞甚至细胞内部的细胞器进行操控、排列和组装的问题。本专利技术所采用的技术方案是，基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，包括光学显微镜，光学显微镜由电荷耦合元件、显微镜、物镜组成，显微镜的顶部设置有电荷耦合元件，电荷耦合元件与电脑信号连接，物镜的正下方设有载物台，载物台上设有载玻片，光纤探针的一端放置于载玻片上，光纤探针的另一端连接激光器，光纤探针靠近载物台的一侧外部套有玻璃管，玻璃管固定设于光纤调节架上。进一步的，所述光学显微镜型号为HISOMETⅡ-DHⅡ；所述激光器是波长为980纳米单模激光器；所述物镜的放大倍数为40~100倍，数值孔径为0.25~0.73，工作距离为1.0~3.0毫米。进一步的，所述光纤调节架的移动精度为50～60纳米，所述载物台的移动精度为50～60纳米。进一步的，所述光纤探针尖端的直径为700纳米，长度为6.1微米，锥角为74°±5°；所述玻璃管的内径为0.9毫米，壁厚0.1毫米，长度为12厘米。本专利技术所采用的另一种技术方案是，基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控的方法，具体步骤如下：步骤S1：制备用于捕获和操控的光纤探针：光纤探针由一根标准的单模光纤经熔融拉锥法制备而成；步骤S2：组装一维叶绿体阵列；步骤S3：操控一维叶绿体阵列在植物活体细胞内运动；步骤S4：组装二维叶绿体阵列。进一步的，所述拉锥法具体按照以下步骤进行：步骤S11、剥去单模光纤中间的一段2厘米的涂覆层后，将单模光纤套进一个玻璃管中；步骤S12、把裸露的单模光纤平行放置于酒精灯上方的外焰处，静置5-10秒待单模光纤熔融后，以3-5mm/s速度将熔融的部分拉制成直径为700纳米，长度为6.1微米，锥角为74°±5°的光纤探针；单模光纤芯径为9微米，包层直径为125微米，连接头类型为FC/PC。进一步的，所述步骤S2具体按照以下步骤进行：步骤S21、将光纤探针固定在光纤调节架上，然后将待测物叶子的根部用湿棉花包裹后放置在载玻片上，载玻片水平放在载物台上；步骤S22、叶子用镊子铺平在载玻片上，再在叶子上滴一滴水；步骤S23、把光纤探针尖端放置在叶子上面，光纤探针不接触叶子，然后往光纤探针中通入功率为30-50毫瓦，波长为980纳米的激光，操控3~6个叶绿体有序地组装成一维阵列。进一步的，所述步骤S3具体按照以下步骤进行：步骤S31、光纤探针操控步骤S23中的一维阵列放置在细胞的中部，接着用光纤调节架将光纤探针以平均3.4±0.2微米每秒的速度向-y轴的方向移动。进一步的，所述步骤S4具体按照以下步骤进行：步骤S41、以平均3.4±0.2微米每秒的速度向+y轴方向移动光纤探针，一维叶绿体阵列随着光纤探针的移动也向+y轴方向移动，当一维叶绿体阵列移动到游离的叶绿体附近时，游离的叶绿体形成第二串一维叶绿体阵列，第二串一维叶绿体阵列趋于光轴中心移动过程中，第二串一维叶绿体阵列稳定地排列在光轴中心的上侧，有序地形成稳定的二维阵列；步骤S42、激光器持续到实验结束，激光器关闭后叶绿体重新在细胞内杂乱分布。进一步的，所述步骤S22中水覆盖叶子为1~2厘米；所述步骤S23中光纤探针置于叶子上方3微米。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置非常灵活和小型化，避免了传统光镊有限的穿透深度和庞大的光学系统的问题，因此能够深入活体内部捕获和操控细胞。2．本专利技术微型光纤探针在不干扰活体正常生命活动的情况下，同时对活体内部多个细胞甚至细胞内部的细胞器进行操控、排列和组装。细胞器之间的紧密接触，可以促进细胞器之间的通信，协调细胞功能，并为细胞器之间的离子（例如Ca离子）和脂质提供通道。本专利技术实现了对植物细胞内的典型的细胞器叶绿体的操控、排列和组装，此对植物的光合作用和基因工程至关重要。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是基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置图。图2是基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控方法的实施例中组装一维叶绿体阵列实验结果图。图2a为光纤探针捕获3个叶绿体组装成一维阵列的实验照片图。图2b为光纤探针捕获4个叶绿体组装成一维阵列的实验照片图。图2c为光纤探针捕获5个叶绿体组装成一维阵列的实验照片图。图2d为光纤探针捕获6个叶绿体组装成一维阵列的实验照片图。图3是基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控方法的实施例中运输一维叶绿体阵列实验结果图。图3a为t=0s时光纤探针捕获4个叶绿体组装成一维阵列的实验照片图。图3b为t=3s时光纤探针操控一维叶绿体阵列向-y轴方向移动的实验照片图。图3c为t=5.8s时光纤探针操控一维叶绿体阵列向+y轴方向移动的实验照片图。图4是本专利技术基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控方法的实施例中组装二维叶绿体阵列图。图4a1为3×4二维叶绿体阵列组装过程的示意图。图4a2为3×4二维叶绿体阵列组装过程的实验显微图片。图4b1为3×4二维叶绿体阵列组装结果的示意图。图4b2为3×4二维叶绿体阵列组装结果的实验显微图片。图4c1为组装2×2叶绿体阵列的实验显微图片。图4c2为组装5×2叶绿体阵列的实验显微图片。图中，1.激光器，2.电脑，3.电荷耦合元件，4.显微镜，5.物镜，6.光纤探针，7.玻璃管，8.载玻片，9.光纤调节架，10.载物台。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，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。基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，其特征在于，包括光学显微镜，光学显微镜由电荷耦合元件（3）、显微镜（4）、物镜（5）组成，显微镜（4）的顶部设置有电荷耦合元件（3），电荷耦合元件（3）与电脑（2）信号连接，物镜（5）的正下方设有载物台（10），载物台（10）上设有载玻片（8），光纤探针（6）的一端放置于载玻片（8）上，光纤探针（6）的另一端连接激光器（1），光纤探针（6）靠近载物台（10）的一侧外部套有玻璃管（7），玻璃管（7）固定设于光纤调节架（9）上。

【技术特征摘要】
1.基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，其特征在于，包括光学显微镜，光学显微镜由电荷耦合元件（3）、显微镜（4）、物镜（5）组成，显微镜（4）的顶部设置有电荷耦合元件（3），电荷耦合元件（3）与电脑（2）信号连接，物镜（5）的正下方设有载物台（10），载物台（10）上设有载玻片（8），光纤探针（6）的一端放置于载玻片（8）上，光纤探针（6）的另一端连接激光器（1），光纤探针（6）靠近载物台（10）的一侧外部套有玻璃管（7），玻璃管（7）固定设于光纤调节架（9）上。2.根据权利要求1所述的基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，其特征在于，所述光学显微镜型号为HISOMETⅡ-DHⅡ；所述激光器（1）是波长为980纳米单模激光器；所述物镜（5）的放大倍数为40~100倍，数值孔径为0.25~0.73，工作距离为1.0~3.0毫米。3.根据权利要求1所述的基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，其特征在于，所述光纤调节架（9）的移动精度为50～60纳米，所述载物台（10）的移动精度为50～60纳米。4.根据权利要求1所述的基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控装置，其特征在于，所述光纤探针（6）尖端的直径为700纳米，长度为6.1微米，锥角为74°±5°；所述玻璃管（7）的内径为0.9毫米，壁厚0.1毫米，长度为12厘米。5.如权利要求1-4任意一项所述的基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤S1：制备用于捕获和操控的光纤探针（6）：光纤探针（6）由一根标准的单模光纤经熔融拉锥法制备而成；步骤S2：组装一维叶绿体阵列；步骤S3：操控一维叶绿体阵列在植物活体细胞内运动；步骤S4：组装二维叶绿体阵列。6.根据权利要求5所述的基于光纤探针的植物活体细胞捕获和操控的方法，其特征在于，所述拉锥法具体按照以下步骤进行：步骤S11、剥去单模光纤中间的一段2厘米的涂覆层后，将单模光纤套进一个玻璃管（7）中；步骤S12、把裸露的单模光纤平行放置于酒精灯上方的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝军，李宇超，武田丽，龚智勇，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44