飞秒激光手术在细胞生物学中的应用

近红外飞秒激光脉冲持续时间短、瞬时功率大、聚焦尺寸小和低吸收的特点,在细胞生物学领域有着广阔的应用前景.简述了3种不同类型的飞秒激光在细胞手术过程中的作用机理,介绍了飞秒激光手术在细胞生物学领域中的一些研究成果,如细胞骨架动力学、活细胞内细胞器手术、细胞膜工程、光动力学、生物活体实验及相应的应用.     

飞秒激光活细胞微手术研究

采用飞秒激光对活细胞进行手术,研究了其手术分辨率和微损手术对细胞活性的影响.首先建立飞秒激光活细胞手术系统,可以实时对手术中的细胞进行荧光成像.其次,在绿色荧光蛋白标记组蛋白的Hela细胞核内研究手术分辨率,达到了190 nm的极限尺寸,同时发现,细胞核的微损不会导致Hela细胞的死亡,为实现细胞核内微区功能研究奠定了基础.最后,飞秒激光对嗅鞘细胞的突起进行切割,5 h内损伤的细胞恢复了活性,因此细胞突起的切割可以实现胞外物质的跨膜运输.     

飞秒激光双光子制造生物微器件微支架

介绍了飞秒激光双光子吸收和光聚合的机制,将飞秒激光技术应用于生物相容性材料(ORMOCER)的三维微纳米加工中.在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.5 μm,突破了衍射极限.推导出双光子光聚合阈值的数学表达式,研究了扫描速度V和激光功率P对横向尺寸的影响规律.在此基础上采用飞秒激光双光子微细加工技术制备了典型的微生物器件--微井阵列、微柱阵列和光子晶体生物微型支架.     

飞秒激光切割神经细胞突起

利用飞秒激光脉冲在细胞内部的非线性吸收,产生等离子体,通过产生等离子体诱导蚀除效应,从而达到细胞微手术的效果.对飞秒激光神经细胞突起切割的机理进行了初步分析,并研究了实验参量对切割作用和细胞活性的影响,发现平均功率≥0.5 mw的飞秒激光经40倍物镜(NA=0.60)聚焦进细胞中会产生光致破裂现象,导致作用细胞的死亡;稍低激光功率下在突起离胞体远近不同处切割,细胞均不会发生死亡,且稍远距离下切割细胞的突起似对细胞影响不大;不完全切割突起情况下,切割长度较小时,对细胞影响不大.     

CO2激光切割电子强化玻璃过程的有限元模拟与实验

在激光热裂法切割玻璃的过程中,温度起着至关重要的作用。为了准确掌握切割过程中温度场的分布,提高切割质量,提出了一种CO2激光切割玻璃基板的数值模拟方法。在ANSYS有限元环境下,建立了激光热应力切割电子强化玻璃的三维有限元分析模型,对温度场进行了分析。通过实验验证,得到了切割过程中温度场在不同参数下的变化及其对切割质量的影响以及温度分布与激光功率、光斑尺寸和扫描速度的非线性关系。     

紫外激光对触摸屏产品中不可视区域刻蚀实验研究

采用紫外激光对触摸屏产品中不可视区域进行刻蚀分析,探究了紫外激光刻蚀原理,讨论了银浆薄膜激光刻蚀与传统印刷工艺异同点,并在此基础上完成一套紫外激光刻蚀系统方案的设计和建造。实验结果表明,选用波长为355nm的紫外激光器,当激光器功率为10W,重复频率100kHz,刻蚀速度为1500mm/s,刻蚀次数1次时,薄膜被完全刻蚀,最终获得功能良好的银浆线路。经测试后发现,所刻蚀后银浆线条平直而光滑,边缘热影响区域较小,最小刻蚀线宽可以达到10μm,基板未受到损伤;与传统印刷工艺相比较,简化了工艺步骤,产品良品率得到提升,是一种无排放的绿色环保先进的刻蚀工艺。