飞秒激光与细胞的作用机制及其在细胞纳米手术中的应用..docVIP

研究生课程考试成绩单 （试卷封面） 院 系 电子科学与工程 专业 微电子与固体电子学 学生姓名 伏星源 学号 111146 课程名称 微电子机械系统 授课时间 2012年3月至2012年6月 周学时 36 学分 2 简 要 评 语 考核论题 总评成绩 （含平时成绩） 备注 任课教师签名： 日期： 注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。 2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。 3. 学位课总评成绩以百分制计分。 飞秒激光与细胞的作用机制及其在 细胞纳米手术中的应用 综述：现代光学、激光技术、图像处理及显示技术的发展，为细胞生物学家提供了高科技研究手段，使得能够对活体细胞和细胞器进行极其细微的操作和手术。1970年，美国加州大学欧文分校的M.W.Berns[7]提出，以聚焦成微米量级的微束激光作为剪刀对细胞进行手术，这标志着光刀的诞生。相衬显微镜下观察结果清楚表明，激光微型手术刀能使生物细胞内特定细胞器改性，而不伤及周围其它细胞器。例如，利用飞秒激光微型手术刀对细胞内的目标线粒体进行操作后，目标线粒体在激光作用下被气化，而在该作用区域邻近的细胞结构及其胞质未受激光影响。激光微型手术刀能选择性地消除染色体上的核仁组织，并成功实现通过照射着丝粒将整条染色体从纺锤体移走[8]．梁宏等人还进一步将微束激光照射到有丝分裂细胞染色体的DNA部位，从而将受照单细胞克隆成核糖体基因缺失的细胞株亚系[9]。还有关于激光光刀与生物组织作用以及进行眼科手术的报道。 随着激光技术的不断发展，飞秒激光的应用也越来越普遍，其具有极高峰值功率的特性也很自然地被应用到了激光手术中。具有极高峰值功率的飞秒激光脉冲在极短的时间内和生物组织相互作用，而不伤及周围组织，极高的空间分辨率使得飞秒激光手术的精度非常高，目前我国已经有医院引进了国外的飞秒激光手术系统治疗近视等眼科疾病。 将外源基因导入受体细胞可以获得转基因植物、动物和微生物。尽管转基因技术的研究取得了显著的进展，但常用的方法都有很大的局限性随着激光技术的发展，人们开始考虑用激光微束穿刺细胞，导入外源基因。即用激光微束对细胞穿刺，在细胞膜上产生可逆性穿孔，使外源基因由孔进入细胞，随后小孔闭合，外源基因留在细胞内。 日本理化研究所的Tsnkakoshi[10]等首次报导了激光微束对细胞穿刺导入基因。其后美国加州大学和德国的海德堡大学[11]等也有相关报道。我国的中科院遗传所和清华大学等单位[12]也进行了此项研究。最近，飞秒激光的应用使该技术又有了新的发展。Uday[13]首次使用飞秒激光进行细胞穿刺，外源基因的转化率和细胞的存活率有很大程度的提供。 细胞穿刺导入外源基因的机理是激光微束照射引起细胞的可逆性穿孔。细胞先在高渗缓冲液中预处理，洗去高渗液，将细胞悬浮于培养液中，加入一定浓度的外源DNA，用激光束照射。因为经过高渗缓冲液的预处理，细胞膜内外存在渗透压梯度。激光微束在细胞表面形成穿孔后，外源DNA可以顺着渗透压梯度进入细胞，随后(5秒内)穿孔闭合，进入细胞的外源基因滞留在受体细胞内，随机整合到目标细胞的DNA上。 较之其它转基因方法，细胞穿刺法的最大优点是适应性强。转化受体不为种属及基因型限制，且受体材料可以用悬浮细胞培养物、愈伤组织、胚、分生组织或花粉粒等多种形式。因此该方法可用于多种动植物细胞，尤其是那些具有坚硬细胞壁的植物细胞。 与传统的手术刀相比，激光手术刀对生物组织的损伤小，精度高，而飞秒激光手术刀更具有极高的精度，必将在今后的生物学发展中发挥重要的作用。 摘要：激光类型不同，其与生物组织的作用机理也不同。其中飞秒激光由于脉冲持续时间短、瞬时功率大、聚焦尺寸小的特点，使得其在超快、超强和超精细领域有着广阔的应用前景。而结构微小的细胞的动力学研究，如有丝分裂、变形和凋亡，对于了解细胞的生物和发育行为有着重要作用。且生物大分子和水几乎不吸收近红外波长的光，故考虑应用近红外飞秒激光对细胞进行手术。这种激光手术技术已用于对细胞内结构进行切割和蚀除。介绍了该技术在细胞领域中的一些应用，如纳米手术、基因转染和染色体切割等。与传统技术相比，该技术精度高，可在不损伤细胞活性的前提下对细胞进行实验。 关键词：飞秒激光；细胞；纳米手术；切割；微手术 Applications of the femtosecond laser on cell nanosurgery Abstract：The effects of different lasers on biological tissues are various．With short dura