用光纤探针对血管内红细胞的非接触操控

Optical manipulation in vivo involves increasing the level of operation complexity. An extremely important issue existed in the optofluidic manipulation is how to manipulate red blood cells (RBCs) in living blood vessel with a non-contact and noninvasive manner. Especially, it is still a challenging issue to assemble cell waveguide in blood vessel and further investigate the transduction property of optical signal. Therefore, in this proposal, a fiber probe will be elaborately designed to conduct the three-dimensional manipulation of RBCs and assembly of cell waveguide in living zebra blood vessel. The mechanisms of thrombogenesis and cell waveguide will be thoroughly investigated in theory and demonstrated experimentally. The results of the research proposal would be useful for diagnose of cardiovascular disease and minimally invasive surgery in vivo.

随着光操控从体外向体内的过渡，其操作难度不断增加。因而，如何实现血管内红细胞的非接触捕获和无损伤操控，就成为当今光流操控领域的一个重要问题，特别是在血管内组装细胞波导并研究光信号的传导特性，更是一项具有挑战性的研究课题。为此，本项目拟制备具有长距离操控功能的光纤探针，以斑马鱼为例，研究活体血管内红细胞的三维操控及细胞波导组装，探讨血液中血栓形成及红细胞波导的导光机制，为心血管疾病诊断及体内微创治疗提供新的途径和理论依据。

鉴于高精度、非接触和可编程的优势，光镊技术为在活体内实现细胞的稳定操控和生物光子器件的精准组装提供了重要技术手段。本项目通过优化光纤光镊和扫描光镊两种技术方案，在不接触生物组织的情况下，“隔空”对斑马鱼血管内的特定细胞进行编程化操控；同时，以其作为天然的生物材料，实现多种生物光子器件的动态组装，并深入探究它们在生物传感、血流操控、药物递送以及免疫治疗等方面的潜在应用。在项目执行期间，成功设计并制备了具有长距离操控功能的光纤探针，实现了血管内红细胞的稳定捕获和细胞光波导的动态组装；同时，我们提出了一种在活体内对血流进行光学调控和开关的技术，可以对血管分支中血液流量、流速、流向等进行实时调控；发展出高精度的光学组装技术，在活体内部成功组装出细胞核微流泵和虚拟式传感器；进一步，首次在活体内完成了中性粒细胞的光学微操纵，实现了生物体免疫能力的主动调动。以项目负责人为第一或通讯作者在国际学术期刊Adv. Mater., ACS Cent. Sci., Adv. Sci.和Biosens. Bioelectron.上发表SCI论文4篇，授权国家发明专利2件，国家实用新型专利5件以及国家外观设计专利2件。