柔性纳米光纤探针对微流通道中活体细胞的非接触无损伤光操控

The flexible, precise, non-contact, and damage-free optical manipulation of living cells in microfluidic channels such as blood vessels using optical nanofiber probes is of significant importance. Recently, the optical manipulation has been internationally focused as a hot research field. This proposal is firstly to investigate optical properties of optical nanofiber probes and influences of shapes and sizes of the nanofiber probes on optical field distributions. Secondly, optical forces (gradient force and scattering force) exerted on living cells in the liquid environment near the probes and the influence of liquid environment on optical forces exerted on the living cells will be investigated. Thirdly, fundamentals and conditions of the optical manipulation on the living cells will be simulated and calculated. Finally, based on the above investigation, experiments of flexible, precise, non-contact, and damage-free optical manipulation of living cells in microfluidic channels will be performed. We hope that the results of the proposal will provide a promising approach for sorting, separation, and removal of the virus and malignant cells in blood vessels and biological organisms.

利用纳米光纤探针对血管等微流通道这种狭小空间中的活体细胞进行灵活、精准、非接触、无损伤的光操控具有非常重要的科学价值，是目前国际上的前沿研究热点，其结果在生物医学光子学等诸多领域有重要应用前景。本项目主要研究柔性纳米光纤探针在活体细胞生存的液体环境中的光传输特性、光场分布、以及纳米光纤探针结构和尺寸等参数对光场分布的影响，进而研究液体中的活体细胞在纳米光纤探针附近所受的光力（梯度力和散射力）以及影响光力的因素。研究用柔性纳米光纤探针实现对活体细胞的灵活、精准、非接触、无损伤光操控的物理原理和条件。在此基础上，进行狭小微流通道空间中活体细胞的捕获、传送、筛选、分离、移除等实验研究。为用柔性纳米光纤探针进行血管和生物组织内部病毒/恶性细胞的筛选、分离、清除等提供新途径和新方法。

微流通道中的光操控涉及血管和生物组织内部病毒、恶性细胞的筛选、分离、清除等。项目提出用柔性纳米光纤探针开展微流通道中活体细胞的非接触无损伤光操控，主要研究内容包括捕获、传送、筛选、分离、移除等。在4年执行过程中，以活的斑马鱼为实验对象，实现了纳米药物在血管分支处的可控转向和靶向递送；在活体血管内部组装出红细胞波导以及生物传感器和微马达，实现了其在唾液、血浆、血清、血液、骨髓液等不同生物环境中的可控驱动及对生物目标物的非接触操控、靶向递送、可控释放等，为血管和生物组织内部病毒/恶性细胞的筛选、分离、清除等提供新途径和新方法。发表SCI论文11篇，其中6篇论文被选为期刊封面，影响因子大于10的论文9篇。获授权中国发明专利6件，作学术会议邀请报告13次（国际2次，国内11次），培养青年人才5人（2人晋升为副教授），参加国际学术会议10人次，担任学术会议主席/共主席/专题主席26次，国际合作与交流20多人次，获2018年度广东省自然科学一等奖。