一种纳米精度光遗传操控装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种纳米精度光遗传操控装置，包括光源一、光源二、光源三、光探测器、四分之一波片、反射镜一、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、振镜系统、反射镜二、反射镜三、聚焦物镜、样品台。本实用新型专利技术针对传统方法难以实现亚细胞尺寸下的光遗传的操控问题，提出了一种纳米精度光遗传操控装置。该装置的基本原理是通过两束光的叠加压缩光遗传光斑的尺寸，使光斑达到纳米量级，进而实现更小尺寸的细胞器间活动的操控，对亚细胞器结构的研究具有重大意义。同时，本实用新型专利技术利用退激活光同时控制激发光和激活光，系统架构较为简单，容易搭建。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米精度光遗传操控装置
本技术涉及一种光遗传技术光操控的方法及系统，具体涉及一种纳米精度光遗传操控装置。
技术介绍
光遗传技术结合光学技术和遗传学技术，通过特定波长光的照射，控制细胞膜结构上的光敏感蛋白的激活与关闭，来控制活组织中的细胞，通常是神经元，进而控制生物体的行为。作为一种新颖的生物技术，光遗传技术为我们研究细胞功能提供了一种非侵入、可逆的有效手段，实现控制和监测个体细胞的活动。这些细胞经过遗传操作处理以表达特定的膜蛋白，用于控制离子通道的打开与关闭。目前的光遗传技术已实现了对细胞的操控以及对细胞间活动的观测，如WuYI等人于2009年在期刊NATURE上发表的文章《AgeneticallyencodedphotoactivatableRaccontrolsthemotilityoflivingcells》中实现了利用10um照射光斑操控细胞活动，但目前的光遗传技术在对尺寸相对更小的细胞器活动：如操控观测高尔基体的囊泡分泌等方面显得无能为力，这阻碍了生物学向着更深层次领域的进一步发展。
技术实现思路
本技术针对传统方法难以实现亚细胞尺寸下的光遗传的操控问题，提出了一种纳米精度光遗传操控装置。该装置的基本原理是通过两束光的叠加压缩光遗传光斑的尺寸，使光斑达到纳米量级，进而实现更小尺寸的细胞器间活动的操控。一种纳米精度光遗传操控装置，包括光源一、光源二、光源三、光探测器、四分之一波片、反射镜一、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、振镜系统、反射镜二、反射镜三、聚焦物镜、样品台。所述光源一发出退激活光，经过四分之一波片，被反射镜全反射后透过第一二向色镜；所述光源二发出激活光，被第一二向色镜反射后，与光源一发出的退激活光合束，形成合束光一，合束光一透过第二二向色镜；所述光源三发出激发光，被第二二向色镜反射后，与合束光一合束，形成合束光二后透过第三二向色镜，再经振镜系统被反射镜二、反射镜三全反射进入聚焦物镜，最终在样品台附近形成聚焦光斑。所述振镜系统控制聚焦光斑在样品台方向上的扫描。所述样品台上放置有细胞器样品。所述细胞器样品预先做过荧光标定和遗传操作处理；所述遗传操作处理通过导入特定光敏感蛋白基因使得其细胞器表面上表达出相应的膜蛋白，具体可参照刘兆瑞等在《扬州大学学报（农业与生命科学版）》期刊上发表的《用光遗传方法激活前额叶皮层对脑区c-Dos表的影响》。所述四分之一波片将光源一发出的退激活光的偏振态变为圆偏振光，在聚焦物镜的聚焦平面形成圆形的中空聚焦光斑，中空聚焦光斑内径为纳米量级。所述激活光可将细胞膜上阳离子通道打开，退激活光将细胞膜上阳离子通道关闭；在激活光聚焦光斑与中空退激活光聚焦光斑叠加区域阳离子通道关闭，阳离子通道只在退激活光聚焦光斑的中空区域打开，光遗传操作的区域被压缩到纳米量级，实现亚细胞尺寸下的光遗传操作。所述激发光激发荧光物质发出荧光，退激活光抑制荧光物质激发；在聚焦平面，荧光物质在激发光聚焦光斑与中空退激活光聚焦光斑叠加区域不发光，只在退激活光聚焦光斑的中空区域发光，光斑尺寸小于激发光聚焦光斑尺寸，达到纳米量级。作为优选，所述激活光波长470纳米，脉冲80兆赫兹，脉宽小于等于1皮秒，功率1兆瓦。作为优选，所述激发光波长488纳米，脉冲80兆赫兹，脉宽小于等于1皮秒，功率1兆瓦。作为优选，所述退激活光波长590纳米，脉冲80兆赫兹，脉宽大于等于600皮秒，功率250兆瓦，可以同时关闭激活光打开的阳离子通道和激发光激发的荧光。作为优选，所述第一二向色镜对退激活光表现为高透，对激活光表现为高反；所述第二二向色镜对退激活光和激活光表现为高透，对激发光表现为高反；所述第三二向色镜对从退激活光、激活光、激发光入射方向面的入射激光表现为高透，对另一入射方向面的入射激光与荧光表现为高反；所述的高透，是指透射率在98%以上；所述的高反，是指反射率在98%以上，具体为98%~99.9%。作为优选，所述振镜系统与四分之一波片和聚焦物镜聚焦平面构成共轭面，能高精度地控制激光传输方向，有效确保光遗传操作地进行。作为优选，所述聚焦物镜为浸没平场消色差物镜，数值孔径1.05以上，有较高的收光能力和空间分辨率。相对于现有技术，本技术具有以下有益的技术效果：1、利用退激活光同时控制激发光和激活光，系统架构较为简单，容易搭建；2、该系统利用光束叠加原理可以产生纳米量级的聚焦光斑，可实现在纳米尺度上的光遗传操作，对亚细胞器结构的研究具有重大意义。附图说明图1是本技术一种纳米精度光遗传操控装置的示意图。其中：1、光源一；2、光源二；3、光源三；4、光探测器；5、四分之一波片；6、反射镜一；7、第一二向色镜；8、第二二向色镜；9、第三二向色镜；10、振镜系统；11、反射镜二；12、反射镜三13、聚焦物镜；14、样品台。图2是两个光斑叠加压缩，得到纳米量级光斑的示意图。图3是光源二照射与非照射两种情形下，光探测器中探测到的高尔基体显示的示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术实施例进行详细说明，但本技术不限于此。如图1所示是本技术一种纳米精度光遗传操控方法及系统的装置示意图，包括：光源一1，光源二2，光源三3，光探测器4，四分之一波片5，反射镜一6，第一二向色镜7，第二二向色镜8，第三二向色镜9，振镜系统10，反射镜二11，反射镜12，聚焦物镜13，样品台14。光源三3发出波长488纳米的激发光，可使高尔基体内的荧光物质发出荧光；光源二2发出波长470纳米的激活光，可激活高尔基体内的光敏感蛋白，打开阳离子通道；光源一1发出波长590纳米的退激活光，可使高尔基体表面的荧光物质发生退激发，无法发出荧光，并使已激活的光敏感蛋白退激活，阳离子通道关闭。样品台14上载有高尔基体样品，该细胞器样品预先做过遗传操作处理，通过导入特定光敏感蛋白基因使得其细胞器表面上表达出相应的光敏感蛋白ChR2，用于控制细胞膜上阳离子通道的打开与关闭；再对高尔基体做荧光标记处理，使得只有光源三3发出的488纳米的激发光可以激发其表面荧光物质发出荧光。光源二2发出的470纳米的激活光被第一二向色镜7全反射，在第二二向色镜8与光源三3发出的488纳米的激发光合束，再透过第三二向色镜9，经过振镜系统10和反射镜二11、反射镜三12全反射后，进入聚焦物镜13聚焦，最终在样品台14附近形成1.5微米的聚焦光斑一，聚焦光斑一能激发细胞器样品表面的荧光物质发光，激活细胞器内的光敏感蛋白ChR2，使阳离子通道打开。光源一1发出的590纳米的退激活光经过四分之一波片5变成圆偏振光，经反射镜6全反射，在第一二向色镜7与光源二发出的激活光合束，在第二二向色镜8与光源三发出的激发光合束，再透过第三二向色镜9，经过振镜系统10和反射镜二11、反射镜三12全反射后，进入聚焦物镜13聚焦，最终在样品台14附近形成中空的直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米精度光遗传操控装置，包括光源一、光源二、光源三、光探测器、四分之一波片、反射镜一、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、振镜系统、反射镜二、反射镜三、聚焦物镜、样品台；/n所述光源一发出退激活光，经过四分之一波片，被反射镜全反射后透过第一二向色镜；所述光源二发出激活光，被第一二向色镜反射后，与光源一发出的退激活光合束，形成合束光一，合束光一透过第二二向色镜；所述光源三发出激发光，被第二二向色镜反射后，与合束光一合束，形成合束光二后透过第三二向色镜，再经振镜系统被反射镜二、反射镜三全反射进入聚焦物镜，最终在样品台附近形成聚焦光斑；/n所述振镜系统控制聚焦光斑在样品台方向上的扫描；/n所述样品台上放置有细胞器样品；/n所述细胞器样品预先做过荧光标定和遗传操作处理；所述遗传操作处理通过导入ChR2光敏感蛋白基因使得其细胞器表面上表达出相应的膜蛋白；/n所述四分之一波片将光源一发出的退激活光的偏振态变为圆偏振光，在聚焦物镜的聚焦平面形成圆形的中空聚焦光斑，中空聚焦光斑内径为纳米量级；/n所述激活光可将细胞膜上阳离子通道打开，退激活光将细胞膜上阳离子通道关闭；在激活光聚焦光斑与中空退激活光聚焦光斑叠加区域阳离子通道关闭，阳离子通道只在退激活光聚焦光斑的中空区域打开，光遗传操作的区域被压缩到纳米量级，实现亚细胞尺寸下的光遗传操作；/n所述激发光激发荧光物质发出荧光，退激活光抑制荧光物质激发；在聚焦平面，荧光物质在激发光聚焦光斑与中空退激活光聚焦光斑叠加区域不发光，只在退激活光聚焦光斑的中空区域发光，光斑尺寸小于激发光聚焦光斑尺寸，达到纳米量级。/n...

【技术特征摘要】
1.一种纳米精度光遗传操控装置，包括光源一、光源二、光源三、光探测器、四分之一波片、反射镜一、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、振镜系统、反射镜二、反射镜三、聚焦物镜、样品台；
所述光源一发出退激活光，经过四分之一波片，被反射镜全反射后透过第一二向色镜；所述光源二发出激活光，被第一二向色镜反射后，与光源一发出的退激活光合束，形成合束光一，合束光一透过第二二向色镜；所述光源三发出激发光，被第二二向色镜反射后，与合束光一合束，形成合束光二后透过第三二向色镜，再经振镜系统被反射镜二、反射镜三全反射进入聚焦物镜，最终在样品台附近形成聚焦光斑；
所述振镜系统控制聚焦光斑在样品台方向上的扫描；
所述样品台上放置有细胞器样品；
所述细胞器样品预先做过荧光标定和遗传操作处理；所述遗传操作处理通过导入ChR2光敏感蛋白基因使得其细胞器表面上表达出相应的膜蛋白；
所述四分之一波片将光源一发出的退激活光的偏振态变为圆偏振光，在聚焦物镜的聚焦平面形成圆形的中空聚焦光斑，中空聚焦光斑内径为纳米量级；
所述激活光可将细胞膜上阳离子通道打开，退激活光将细胞膜上阳离子通道关闭；在激活光聚焦光斑与中空退激活光聚焦光斑叠加区域阳离子通道关闭，阳离子通道只在退激活光聚焦光斑的中空区域打开，光遗传操作的区域被压缩到纳米量级，实现亚细胞尺寸下的光遗传操作；
所述激发光激发荧光物质发出荧光，退激活光抑制荧光物质激发；在聚焦平面，荧光物质在激发光聚焦光斑与中空退激活光聚焦光斑叠加区域不发光，只在退激活光聚焦光斑的中空区域发光，光斑尺寸小于激发光聚焦光斑尺寸，达到纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤峰，李旸晖，郭璐璐，陈伟，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33