基於空芯光子晶體光纖載體的活細胞生物雷射器

《基於空芯光子晶體光纖載體的活細胞生物雷射器》是依託北京工業大學，由王秀紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於空芯光子晶體光纖載體的活細胞生物雷射器
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王秀紅
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

2011年6月，《Nature Photonics》報導嬸體了美國哈佛大學兩位科學家研製成功世界首台活的單細胞生物雷射器。他們將表達綠色螢光蛋白（GFP）的人類腎細胞置於由兩片反射鏡組成的高Q值諧振腔中，用脈衝藍光泵浦，實現了活細胞綠色雷射輸出。這在雷射發展史上是一極其淚巴甩重要的突破，為光子學在生命科學中的套用開闢了一個嶄新的領域。然而，作為基礎性前沿研究，其研究方法亟需進一步創新，科學問題亟待更加深入的探索。本申請擬將穩定表達GFP的人類乳腺癌細胞灌注於空芯光子晶體光纖中，利用自行研製的棕籃拔欠納秒脈衝藍光雷射器對光纖中的細胞進行泵浦，以實現活細胞雷射輸出。原來的單細胞雷射器將變為多細胞雷射器，雷射輸出將會顯著增強。此研究亦可坑笑翻使我們通過分析生物雷射所攜帶的信息來研究細胞內部的生理過程。成功完成擬議的研究將首次展示以空芯光子晶體光纖為載體的多細胞生物雷射器，使我國活細胞雷射器的研究在世界上占有一席之地。

結題摘要

2011年6月，《Nature Photonics》報導了美國哈佛大學兩位科學家研製成功世界首台活的單細胞生物雷射器。他們將表達綠色螢光蛋白（GFP）的人類腎細胞置於由兩片反射鏡組成的高Q值諧振腔中，用脈衝藍光泵浦，實現了活細胞綠色雷射輸出。這在雷射發展史上是一極其重要的突破，為光子學在生命科學中的套用開闢了一個嶄新的領域。然而，作為基礎性前沿研究，其研究方法亟需進一步創新，科學問題亟待更加深入的探索。本項目綜合利用雷射光子學的研究手段和細胞生物學的研究方法，在研製小型化納秒脈衝可見雷射泵浦源的基礎上，採用空芯光子晶體光纖為螢光蛋白溶液或活細胞載體，首先研製螢光蛋白溶液的雷射器，在此基礎上再研製具有螢光表達的活細胞生物雷射器；對螢光表達的活細胞的螢光性能、雷射性能、雷射模式及抗雷射損傷閾值等性能進行探索性研究，並觀察分析活細胞在雷射輸出條件下的生物學特性，為活細胞生物雷射器將來在光子學和生物活體中的套用打下堅實的理論和實驗基礎。在國家自然科學基金的資助下，項目進展順利並取得了較好的研究成果。我們成功地研製出了符合實驗要求的低重頻，納秒脈衝的綠光光源，利用此光源，實現了螢光染料和雷射輸出。同時我們還製備了螢光蛋白表達的細胞系，通過嘗試各種培養方法，使細胞能夠更好的發光。在此基金資助下，我海翻抹們還建立了微結構光纖的生物感測平台，可以靈敏地檢測各種螢光標記物。利用納米材料的光學性能，比如光熱轉換和光敏毒性，我們還研究了腫瘤的早期檢測和治療，都取得了很好的成果。在此基金求良多愚項目資助下，共獲得研究成果33項。培養碩士生11名，其中5名已經取得碩士學位，6名在讀。項目投入經茅道榆費81萬元，支出64.95萬元(另有一實驗材料5600元已經購買但是未報銷，以及一項專利代理費3500已經辦理借款，此兩筆支出均發生在2017年12月31日之前)，各項支出基本與預算相符。剩餘經費16.05萬元，剩餘經費計畫用於本項目研究後續支出。