【摘 要】
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对生物细胞和微纳颗粒的双向运输在药物靶向输运和细胞精准筛选等方面具有重要意义。光学传送带利用倏逝波所产生的光力,可实现对细胞及颗粒的动态输运和定点释放。鉴于其无接触且无污染等优势,研究人员研发了多种光学传送带技术,包括光子晶体波导、纳米光纤、光学偶极子陷阱和等离激元纳米结构阵列等。然而,以上光学传送带的制作工艺复杂,且依赖金属或者介质材料,由此产生的生物不兼容性限制了在医学诊治中的广泛应用。针对以
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对生物细胞和微纳颗粒的双向运输在药物靶向输运和细胞精准筛选等方面具有重要意义。光学传送带利用倏逝波所产生的光力,可实现对细胞及颗粒的动态输运和定点释放。鉴于其无接触且无污染等优势,研究人员研发了多种光学传送带技术,包括光子晶体波导、纳米光纤、光学偶极子陷阱和等离激元纳米结构阵列等。然而,以上光学传送带的制作工艺复杂,且依赖金属或者介质材料,由此产生的生物不兼容性限制了在医学诊治中的广泛应用。针对以上挑战,我们提出了一种将天然的生物细胞组装成光学传送带的新型技术。通过熔融拉锥法制作两根锥形光纤探针,其前端相对地置入大肠杆菌细胞悬浮液中(直径:500 nm),并同时通入低吸收的近红外激光(980 nm)。此时,悬浮液中大肠杆菌细胞由于受到光梯度力的作用,被逐个地捕获在光纤的轴向上,并组装成长度可控的细胞串列。由于串列直径小于激光波长,泄露的光场将产生倏逝波,进而诱发光力捕获悬浮液中的细胞至串列表面。通过调节其中一根光纤的入射光功率,可使光学传送带上的细胞在光散射力的作用下双向动态运输,也即组装的细胞串列可作为一种具有生物兼容性的光学传送带。我们基于数值模拟对实验结果进行了定量解释,并探讨了传送带长度、细胞直径、激光功率、操控波长等对传输稳定性及速率的影响。进一步理论分析表明,该光学传送带亦可应用于微纳介质颗粒的双向可控输运。鉴于该传送带由大肠杆菌细胞组成,具有良好的生物兼容性,且避免了复杂的光刻工艺,将为药物的靶向运输和定点释放提供一种生物兼容、简单灵活、非侵入性的技术,在临床诊断和治疗领域中具有潜在的重要应用。
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