1、飛秒激光具有超快時間分辨、超高空間局域和超強峰值功率的特點，可以在任何的透明介質內(nèi)部誘導介質的非線性電離和損傷，從而實現(xiàn)介質內(nèi)部的體制造和亞衍射局域損傷，在飛秒激光光聚合微加工和活細胞微手術的研究中具有無比優(yōu)越的特性。在生物醫(yī)學領域，飛秒激光活細胞三維空間手術屬于新興的研究課題，也將對未來的生物醫(yī)學技術的發(fā)展做出杰出的貢獻。因此，本課題主要研究了飛秒激光與生物介質（細胞）的相互作用，提出了兩種精密控制細胞活性的新方法，建立了集激光技術、

2、生物技術、納米技術于一體的多功能實驗平臺——飛秒激光非線性介質和活細胞微手術微操縱實驗系統(tǒng)，對納尺度科學問題研究，對構筑、操縱納米器件，特別是單分子或單細胞科學研究具有重要意義。
　　 飛秒激光與介質的相互作用不可避免的經(jīng)過以下過程：飛秒激光的非線性傳輸、飛秒激光的聚焦、介質的非線性電離、介質的損傷。因此，本課題將飛秒激光所獨有的超高峰值功率誘發(fā)的非線性效應和超快時間特性誘發(fā)的臨界現(xiàn)象引入理論研究中，對飛秒激光的傳輸和聚焦、介質

3、的電離和損傷進行理論計算；根據(jù)飛秒激光的上述獨特性質，討論了實驗過程中顯微物鏡的選擇、亞衍射分辨率的實現(xiàn)和激光器的合理利用，為實驗研究提供理論指導。
　　 建立了基于非接觸、高精度的光加工、光手術、光捕獲的飛秒激光非線性介質和活細胞微手術微操縱實驗系統(tǒng)，該實驗系統(tǒng)由四大模塊組成，包括激光發(fā)生模塊、光路傳輸模塊、顯微鏡模塊和超精密定位模塊，可以實現(xiàn)飛秒激光光聚合三維加工、活細胞手術和光鑷功能，對多學科的研究提供了一個多功能的平臺。

4、在光敏樹脂ORMOCER和活細胞兩種透明介質內(nèi)部對飛秒激光的三維制造能力和亞衍射分辨能力進行了驗證。得到了突破衍射極限的光聚合線寬和細胞手術分辨率；在此基礎上，研究了組織工程細胞支架快速制造和細胞的可復性核損傷。
　　 提出了飛秒激光對嗅鞘細胞活性控制和鈣波誘導的新方法，可以實現(xiàn)對細胞活性的定量控制。首先，研究了各種激光參數(shù)對細胞突起手術效果的影響；然后采用合適的激光參數(shù)研究了不同的手術條件對損傷后細胞活性的影響，發(fā)現(xiàn)突起直徑的

5、差別對細胞活性的影響至關重要，當突起直徑小于2.0μm時，95％以上的損傷細胞都可以在3h內(nèi)恢復其活性；最后在保持細胞活性的條件下對細胞功能進行了探索，實現(xiàn)了細胞內(nèi)鈣波的無條件誘導。
　　 本課題提出了采用飛秒激光沖擊波對細胞活性進行控制和鈣波誘導的新方法。以海拉細胞為研究對象，通過改變激光焦點和細胞之間的相對位置、激光脈沖能量來調節(jié)沖擊波對細胞的損傷，實現(xiàn)了對細胞損傷程度的精確控制；同時，找到了沖擊波誘導鈣波產(chǎn)生的閾值條件。因

6、此，通過協(xié)調細胞的損傷程度和鈣波的形成閾值，可以通過調節(jié)激光脈沖能量和作用距離精確的控制細胞的活性和功能。
　　 從實驗上驗證了飛秒激光非線性微手術微操縱實驗系統(tǒng)的飛秒激光光鑷能力。采用高重復率的飛秒激光作為光源，采用高數(shù)值孔徑的顯微物鏡實現(xiàn)對介質的三維操縱，以兩種細胞（人血紅細胞和酵母細胞）為研究對象，實現(xiàn)了對細胞的力學行為控制。由于紅細胞屬于不規(guī)則形體，飛秒激光對其操縱的時候存在兩種效果：一是基于勢能最低原理的邊緣穩(wěn)定捕獲，