基于生物细胞的光波导构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于生物细胞的光波导构建方法，具体包括以下步骤：锥形光纤的制作、配备生物细胞悬浮液、安装锥形光纤与实验装置以及利用生物细胞在悬浮液中构建光波导，并对构建的光波导进行检测；利用本发明专利技术构建的光波导，具有高度的生物兼容性和可植入性，能直接介入生物系统进行工作，在工作完成后，原地分散，免除了后期的移除操作，方便、快捷、节约成本。

Construction of Optical Waveguide Based on Biological Cells

The invention discloses a method for constructing optical waveguide based on biological cells, which includes the following steps: fabrication of conical optical fibers, equipping with biological cell suspension, installation of conical optical fibers and experimental devices, construction of optical waveguide using biological cells in suspension, and detection of the constructed optical waveguide; optical waveguide constructed by the invention has high biocompatibility and high biocompatibility. Implantability, can directly intervene in the work of biological systems, after the completion of work, in situ scattered, eliminating the later removal operation, convenient, fast, cost-saving.

【技术实现步骤摘要】
基于生物细胞的光波导构建方法
本专利技术属于生物光电子器件集成
，特别是涉及一种基于生物细胞的光波导构建方法。
技术介绍
光子器件在生物医学中应用时，需要将光子器件直接介入生物体系中，因而需要解决光子器件生物兼容性、可植入性以及可任意处理性的问题；虽然目前国际上已经有具有部分生物兼容的光子器件的组装方法，例如在无机材料构建的光波导表面涂上生物膜，以及直接用有机材料，例如明胶和蚕丝来构建光波导，然而，大部分基于硅基材料的光子器件都是生物不兼容的。现有方法在使用完相关光子器件后，还需要将光子器件从生物体系中移除，不然会引起生物不兼容问题，所以构建具有生物兼容性、可植入性及可任意处理性的光子器件对于生物光子器件在生物医学领域的研究至关重要，为了解决这些问题，本专利技术提供了一种基于生物细胞的光波导构建方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于生物细胞的光波导构建方法，以构建具有生物兼容性、可植入性及可任意处理性的光子器件，光波导的构建原材料是可任意处理的生物细胞，具有完全的生物兼容性、可植入性及可任意处理性。本专利技术所采用的技术方案是，基于生物细胞的光波导构建方法，具体包括以下步骤：步骤1：锥形光纤的制作使用光纤剥线钳去除商用单模光纤的缓冲层和塑料外套，去除部分长度为20～50cm；将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管，将末端拉出在酒精灯外焰加热100～150s后，使用3～10mm/s的速度将火焰上端的光纤拉断，光纤末端形成一个锥形，即为锥形光纤；步骤2：生物细胞悬浮液配备将生物细胞置于培养基中于37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液进行清洗、稀释，随后将生物细胞悬浮液滴加到玻璃片上，将玻璃片放于显微镜的二维移位平台上备用；步骤3：锥形光纤安装与实验装置将套有毛细玻璃管的入射锥形光纤固定在调节架I上，出射锥形光纤固定在调节架II上，入射锥形光纤和出射锥形光纤的锥形端都浸没在生物细胞悬浮液中；入射锥形光纤另一端通过2×1光分束器连接在激光器a和激光器b上，出射锥形光纤另一端连接在光功率计上，显微镜通过CCD实时观测实验情况，并将观测结果传输至电脑进行分析；步骤4：光波导构建与性能探测打开激光器a，往入射锥形光纤中通入入射激光，入射激光在入射锥形光纤末端产生光捕获力，以捕获生物细胞，形成生物细胞队列，构建不同长度的光波导；保持激光器a不关闭，构建的光波导稳定存在于生物细胞悬浮液中，此时将可见光通过激光器b导入入射锥形光纤中，可以看到可见光在光波导中传输，并在光波导末端可以看到一个可见光斑。进一步的，步骤2中生物细胞尺寸为1～8μm时，生物细胞悬浮液中生物细胞的浓度为1.0×106～1.0×107个/mL；生物细胞尺寸为8～20μm时，生物细胞的浓度为2.0×105～2.0×106个/mL。进一步的，步骤2中的生物细胞包括杆状细菌、圆形真菌以及哺乳动物细胞。进一步的，步骤4中激光器a发射的入射激光可以使用近红外激光，激光器b发射的传导激光可使用任何一种可见光。进一步的，步骤4中激光器a发射的入射激光的入射功率为10～100mW。本专利技术的有益效果是：实现了完全基于生物细胞的光波导构建，其原材料不依靠任何无机材料，具有完全的生物兼容性、可植入性及可任意处理性；对于光子器件在生物医学领域的研究提供了新的思路，光波导的构建原料来自生物材料本身，无需额外的成本，使用完成后，无需后续处理，节约了光波导的构建成本，且构建过程简单、易操作；且可以使用不同种类的细胞构建光波导。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是光波导的构建流程图。图2是构建光波导以及表征光波导传输性能的实验装置图。图3是锥形光纤扫面电镜图。图4是光波导的具体构建过程图。图5是构建光波导的过程图。图6是图5构建的光波导入射激光的出射功率-波导长度图。图7是构建的光波导的实验示例图以及光传输性能表征。图中，1.激光器a，2.激光器b，3.2×1光分束器，4.毛细玻璃管，5.调节架I，6.入射锥形光纤，7.生物细胞，8.磷酸盐酸缓冲液，9.出射锥形光纤，10.移动平台，11.玻璃片，12调节架II，13.光功率计，14.电脑，15.显微镜。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。基于生物细胞的光波导构建方法，具体包括以下步骤：步骤1：锥形光纤的制作使用光纤剥线钳去除商用单模光纤跳线的缓冲层和塑料外套，去除部分长度为20～50cm；将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管4中，将末端拉出在酒精灯外焰加热100～150s后，使用3～10mm/s的速度将火焰上端的光纤拉断，光纤末端形成一个锥形，即为锥形光纤；制作的锥形光纤尺寸如图3所示；锥形光纤的形状和末端直径会影响激光输出的光场分布，以及激光对生物细胞7的捕获能力，光纤末端的锥形对出射激光产生了汇聚作用，使得聚焦的光场可以对微纳尺寸的生物细胞7产生捕获，构建光波导；光纤跳线芯径为9μm，包层为125μm；毛细玻璃管4的长度为120mm，内径为0.9mm，管壁厚0.1mm；毛细玻璃管4能确保锥形光纤笔直地伸入生物细胞悬浮液中，还能使锥形光纤被调节架灵活的调节位置；步骤2：生物细胞悬浮液配备将生物细胞7置于培养基中于37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液8进行清洗与稀释，随后将生物细胞悬浮液滴加到玻璃片上，并将玻璃片放于显微镜的二维移位平台上备用；生物细胞7尺寸为1～8μm时，生物细胞悬浮液中生物细胞的浓度为1.0×106～1.0×107个/mL；生物细胞7尺寸为8～20μm时，生物细胞的浓度为2.0×105～2.0×106个/mL；生物细胞7浓度太低，锥形光纤尖端细胞数量太少，捕获细胞数目少，构建的光波导短；而生物细胞7浓度太高，锥形光纤尖端细胞太多，会产生细胞分泌物，容易发生细胞团簇与聚集，影响一维生物光波导的构建；步骤3：锥形光纤安装与实验装置如图2所示，将套有毛细玻璃管4的入射锥形光纤6固定在调节架I5上，出射锥形光纤9固定在调节架II12上，入射锥形光纤6和出射锥形光纤9的末端都浸没在生物细胞悬浮液中；入射锥形光纤6另一端通过2×1光分束器3连接在激光器a1和激光器b2上，出射锥形光纤9另一端连接在光功率计13上，用来实时监测出射激光的光信号；显微镜15通过CCD进行实时观测，并将观测结果传输至电脑14进行分析；调节架I5和调节架II12的调节精度均为50nm；步骤4：光波导构建与性能探测如图1所示，打开激光器a1，往入射锥形光纤6中通入入射激光，入射激光在入射锥形光纤6末端产生光捕获力，以捕获生物细胞，进一步激光在捕获的生物细胞中传输，捕获更多的生物细胞，从而形成生物细胞队列，构建不同长度的光波导；保持入射激光不关闭，构建的光波导稳定存在于生物细胞悬浮液中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于生物细胞的光波导构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：锥形光纤的制作使用光纤剥线钳去除商用单模光纤的缓冲层和塑料外套，去除部分长度为20～50cm；将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管(4)，将末端拉出在酒精灯外焰加热100～150s后，使用3～10mm/s的速度将火焰上端的光纤拉断，光纤末端形成一个锥形，即为锥形光纤；步骤2：生物细胞悬浮液配备将生物细胞(7)置于培养基中于37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液(8)进行清洗、稀释，随后将生物细胞悬浮液滴加到玻璃片上，将玻璃片放于显微镜的二维移位平台上备用；步骤3：锥形光纤安装与实验装置将套有毛细玻璃管(4)的入射锥形光纤(6)固定在调节架I(5)上，出射锥形光纤(9)固定在调节架II(12)上，入射锥形光纤(6)和出射锥形光纤(9)的锥形端都浸没在生物细胞悬浮液中；入射锥形光纤(6)另一端通过2×1光分束器(3)连接在激光器a(1)和激光器b(2)上，出射锥形光纤(9)另一端连接在光功率计(13)上，显微镜(15)通过CCD实时观测实验情况，并将观测结果传输至电脑(14)进行分析；步骤4：光波导构建与性能探测打开激光器a(1)，往入射锥形光纤(6)中通入入射激光，入射激光在入射锥形光纤(6)末端产生光捕获力，以捕获生物细胞，形成生物细胞队列，构建不同长度的光波导；保持激光器a(1)不关闭，构建的光波导稳定存在于生物细胞悬浮液中，此时将可见光通过激光器b(2)导入入射锥形光纤(6)中，可以看到可见光在光波导中传输，并在光波导末端可以看到一个可见光斑。...

【技术特征摘要】
1.基于生物细胞的光波导构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：锥形光纤的制作使用光纤剥线钳去除商用单模光纤的缓冲层和塑料外套，去除部分长度为20～50cm；将去除外套的光纤穿过毛细玻璃管(4)，将末端拉出在酒精灯外焰加热100～150s后，使用3～10mm/s的速度将火焰上端的光纤拉断，光纤末端形成一个锥形，即为锥形光纤；步骤2：生物细胞悬浮液配备将生物细胞(7)置于培养基中于37℃培养12h，然后用磷酸盐酸缓冲液(8)进行清洗、稀释，随后将生物细胞悬浮液滴加到玻璃片上，将玻璃片放于显微镜的二维移位平台上备用；步骤3：锥形光纤安装与实验装置将套有毛细玻璃管(4)的入射锥形光纤(6)固定在调节架I(5)上，出射锥形光纤(9)固定在调节架II(12)上，入射锥形光纤(6)和出射锥形光纤(9)的锥形端都浸没在生物细胞悬浮液中；入射锥形光纤(6)另一端通过2×1光分束器(3)连接在激光器a(1)和激光器b(2)上，出射锥形光纤(9)另一端连接在光功率计(13)上，显微镜(15)通过CCD实时观测实验情况，并将观测结果传输至电脑(14)进行分析；步骤4：光波导构建与性能探测打开激光器a(1)，往入射锥形光纤(6)...

【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