选择激光波长的优化方法

激光微束采用的激光系统，根据所需的特定波长可有各种不同的结构。例如，为研究核酸的光谱待性可选择265nm；研究蛋白质的光谱特性可用288nm的紫外激光；研究细胞生物色素可选择530nm、488nm和514.5nm波长的激光，如果仅仅是利用激光能量辐照细胞，以便引起细胞某个局部的作用，则可选择红宝石激光。

目前可供应用的激光器有1.06nm的钕激光器，如Nd-YAG激光器，经二倍频可得到530nm的激光，四倍频可得265nm的紫外激光。有波长随工作物质种类和浓度不同而变的有机染料激光器，以及红宝石激光器等。

图4-47所示的点式激光微束系统采用了Nd-YAG激光器，输出激光经三倍频变为波长为355nm的紫外激光，脉冲能量为1mJ，束径小于0.5μm，并巨用He-Ne激光器来提供指示灯。

图4-47 Nd-YAG激光微束系统

1—Nd-YAG激光器 2—倍频器 3—He-Ne激光器 4—分束器 5—电子快门控制器 6—光束偏转器 7—显微镜 8—显微镜台自动控制器 9—电视摄像器 10—电视荧光屏 11—光笔 12，13，14—样品盘

细胞样品放入石英盘中，样品位置可以在电视屏幕中显示。用光笔指示转移点，通过显微镜台自动控制器使样品细胞的特定点移动到激光微束下，以便瞄准照射。将微束系统与微机结合起来的一种激光精密加工系统如图4-48所示。其基本构成为激光器、照射位置控制、图像处理三个部分。

在进行激光微加工时，要保持细胞活体状况，照射强度应充分低，对生物体不能有丝毫损伤，其主要原因是生物体分子和组织吸收激光而产生热、压力和光化学反应等，由此可能造成生物体的组织被切开和蒸发。同时，必须将照射的激光束聚焦到远小于细胞的大小，其照射位置也必须精密控制。

图4-48 细胞微细加工用激光精密激加工系统的框图

要将照射的激光束正确引导到细胞部位，必须有精密的导光技术。该系统采用数值孔径为0.4mm，对紫外区域透射率高的物镜的光学显微镜。控制聚焦激光的位置有两种方法，或调节试样，或调节光束自身。为使透镜的像差控制在最小限度，并使聚焦激光经常保持恒定状态，调节光束自身是行不通的。所以，用压电元件电动机使显微镜载物台作二维移动，以实现样品位置的调节。这种压电元件确认移动精度在1μm以下。

待加工的生物体细胞的显微像由CCD摄像机摄录，并由电视监控器映出，也可送入图像处理机进行处理。图像处理包括一般的累计、相减、加强等处理外，还有细胞图像边用电视监控器监视，边指定照射激光的位置，及向该位置移动显微镜载物台在内的一系列机械动作的精密控制。

整个系统中，激光、控制照射位置及图像处理都由一台微机进行控制，实验者只需进行试样的调节和指定激光的照射位置，就能实施所需的精密细胞加工和手术。

在激光微束装置中，激光器和显微镜是必须的，其他装置则是为了便于观察和获得精确的结果而加的附加装置。

照射强度达到一定程度后，激光照射可引起生物体组织变性，甚至被切割。激光的热效应和压力效应是两种基本效应，一般认为，连续激光照射主要是热效应，而脉冲照射除了热效应外，还存在压力效应。入射的单脉冲激光照射生物组织的过程中，受照的组织吸收了激光能量后被加热继而汽化。而在组织汽化之前，组织首先被激光融化，因而形成气相、液相、凝相三相共存的状态。在气相和凝相之间的液相是瞬时形成的，气体分子反冲动量的变化所产生的压强把液体推向边缘的同时激光的热效应又把该部分液体蒸发、汽化。所以，在达到稳态以后，相位边界将以恒定的速度向深部组织移动。

将激光俘获法与激光精细加工两技术结合起来，可以对细胞进行俘获、转移、回转、切断、穿孔、移入、移植、融合等几乎全部细胞操作，并可通过使用激光进行非接触、安全的远距离控制。