一种可操纵的光镊模型 |
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| 申请号 | CN201710336140.X | 申请日 | 2017-05-12 | 公开(公告)号 | CN107068230A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 深圳大学; | 发明人 | 胡松钰; 陈子权; 谢恒; 董晓斌; | ||||
| 摘要 | 一种可操纵的光镊模型，包括至少三个驱动杆和一个躯体，所述驱动杆分别设在所述躯体的两侧和后端，所述躯体的前端设有用于操纵微粒的操纵部，使用时，利用光镊装置形成三维梯度光阱，作用于所述可操纵的光镊模型的一个或者多个驱动杆上，带动操纵部移动，对微粒进行操纵，该可操纵的光镊模型结构简单、材料易得，间接地通过全息光镊装置进行微粒的操纵动作，不需担心光线损害微粒，为光镊技术的应用提出了新的思路，间接地解决了 现有技术 中光镊装置的局限性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可操纵的光镊模型，其特征在于，包括至少三个驱动杆（1）和一个躯体（2），所述驱动杆（1）分别设在所述躯体（2）的两侧和后端，所述躯体（2）的前端设有用于操纵微粒的操纵部（3）。 |
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| 说明书全文 | 一种可操纵的光镊模型技术领域[0001] 本发明涉及光镊领域，尤其涉及一种可操纵的光镊模型。 背景技术[0002] 根据麦克斯韦理论，光在传输过程中其本身不仅带有能量，同时还携带动量。现在广泛采用的微器件光驱动技术主要利用光的动量，典型的例子是光镊，利用强聚焦的光束焦点附近的强光场来捕获、操作微小物体的装置。 [0003] 光镊技术是利用光与物质间动量传递的力学效应而形成的三维梯度光阱来操纵微粒的技术。由于光镊存在独特的工作原理，它可以用于微小颗粒的捕获与操纵，并且可以非接触地控制活体物质，所以光镊系统广泛应用于生物学领域。 [0004] 现有的光镊技术应用领域，一般是直接利用光镊装置形成三维梯度光阱来操纵微粒，光镊装置可以根据需要，对三维梯度光阱进行调整，是一种方便快捷的装置。但这种光镊装置具有局限性：当所述微粒为活体物质如细胞时，在操纵过程中会产生热效应，在一定程度上损伤细胞，因此需要考虑到光对微粒的影响，对光的强度、类型等都有要求，这对光镊装置提出了严苛的要求；不仅如此，如果所述微粒形状不规则，如神经细胞，则很难直接利用三维梯度光阱进行操纵。 [0005] 光镊装置的局限性，对光镊技术的发展、应用提出了新的考验。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种可操纵的光镊模型，通过光镊装置操纵光镊模型，再通过光镊模型操纵微粒，间接地解决了现有技术中光镊装置的局限性。 [0007] 本发明是这样实现的：一种可操纵的光镊模型，包括至少三个驱动杆和一个躯体，所述驱动杆分别设在所述躯体的两侧和后端，所述躯体的前端设有用于操纵微粒的操纵部。 [0008] 使用时，利用光镊装置形成三维梯度光阱，作用于所述可操纵的光镊模型的一个或者多个驱动杆上，由于光具有动量，因此所述驱动杆可以在光镊装置的驱动下发生位置变化，带动操纵部移动，对微粒进行操纵。 [0009] 采用此技术方案，设置在躯体的三个方位上的驱动杆，有利于在操纵时进行受力分析，也使所述可操纵的光镊模型不容易侧翻；这种可操纵的光镊模型结构简单、不容易侧翻，间接地利用了现有技术中的光镊装置对微粒进行操纵，避免了光线对活体物质如细胞的损害。 [0010] 作为本发明的进一步改进，所述驱动杆包括长杆和球体，所述球体通过所述长杆与所述躯体连接，所述球体包括光刻胶材料。 [0011] 光刻胶是指一大类具有光敏化学作用（或对电子能量敏感）的高分子聚合物材料；又叫抗蚀剂，也叫光阻剂，英文名称为resist。采用光刻胶材料制成的球体，其对光更加敏感，能使光镊装置更容易定位到球体上去，通过驱动球体，实现对可操纵的光镊模型的操纵，设置为球体，其目的是不仅是为了方便移动，而且为了增加光的接触面积，提高操纵效率。 [0012] 作为本发明的进一步改进，所述操纵部包括平面或者弧面。人们可以根据不同微粒的形状，选择不同的操纵部。 [0013] 作为本发明的进一步改进，所述驱动杆为三个，所述躯体为长方体，所述躯体的长和高分别形成第一平面、第二平面，所述躯体的宽和高分别形成第三平面、第四平面，所述三个驱动杆分别设置在第一平面、第二平面和第三平面上，所述操纵部设在第四平面上。采用此技术方案，驱动杆数量少，容易制作，受力对称，容易操纵。 [0014] 作为本发明的进一步改进，所述躯体的长为40-60μm，宽为10-30μm，高为10-20μm。采用此技术方案，适用于大部分的细胞、微粒的捕获、操纵工作。 [0015] 作为本发明的进一步改进，所述球体的半径为5-10μm，所述长杆的一端嵌入到所述球体的内部。采用此技术方案，适用于大部分的微粒的操纵工作。 [0016] 作为本发明的进一步改进，所述球体由SU-8光刻胶制成。采用此技术方案，SU-8光刻胶的性能优良，价廉易得，成本低。 [0017] 作为本发明的进一步改进，所述可操纵的光镊模型由SU-8光刻胶制成。 [0018] 作为本发明的进一步改进，所述可操纵的光镊模型通过全息光镊装置进行操纵，其操纵过程包括所述全息光镊装置发射高斯光作用在所述可操纵的光镊模型的球体上，使所述可操纵的光镊模型移动。 [0019] 高斯光是指通常情形下，激光谐振腔发出的基模辐射场，其横截面的振幅分布遵守高斯函数的光线。高斯光是一种在光镊领域广为应用的光线。全息光镊装置是利用全息元件构建的具有特定功能的光场的光镊装置，它的使用面广，可以完成如单粒子的旋转、多粒子的操控和分选等功能。 [0020] 采用上述的技术方案对可操纵的光镊模型进行操纵，操纵灵活，满足了不同使用者对微粒的不同的操纵动作的要求。 [0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：该可操纵的光镊模型使用常用的光刻胶材料制成球体，结构简单、材料易得，间接地通过全息光镊装置进行微粒的操纵动作，不需担心光线损害微粒，为光镊技术的应用提出了新的思路，间接地解决了现有技术中光镊装置的局限性。 [0023] 图1是一种可操纵的光镊模型结构示意图。 [0024] 图2是一种可操纵的光镊模型的俯视图。 [0025] 图3是一种可操纵的光镊模型的正视图。 [0026] 图4是一种可操纵的光镊模型的侧视图。 [0027] 图5是一种可操纵的光镊模型的实施例示意图。 [0028] 附图说明：1-驱动杆，101-长杆，102-球体，2-躯体，21-第一平面，22-第二平面，23-第三平面，24-第四平面，3-操纵部，4-激光器，5-扩束器，6-透镜，7-空间光调制器，8-反射镜，9-分光镜，10-物镜，11-CCD图像传感器，12-计算机，13-照明灯,100-可操纵的光镊模型。 具体实施方式[0029] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。 [0030] 实施例1如图1-4所示的一种可操纵的光镊模型，包括至少三个驱动杆1和一个躯体2，所述驱动杆1分别设在所述躯体2的两侧和后端，所述躯体2的前端设有用于捕获、操纵微粒的操纵部 3。 [0031] 使用时，利用光镊装置形成三维梯度光阱，作用于所述可操纵的光镊模型的一个或者多个驱动杆1上，由于光具有动量，因此所述驱动杆1可以在光镊装置的驱动下发生位置变化，带动操纵部3移动，对微粒进行操纵。 [0032] 采用此技术方案，设置在躯体的三个方位上的驱动杆1，有利于在操纵时进行受力分析，也使所述可操纵的光镊模型不容易侧翻；这种可操纵的光镊模型结构简单、不容易侧翻，间接地利用现有技术中的光镊装置对微粒进行操纵，避免了光线对活体物质如细胞的损害。 [0033] 实施例2在实施例1的基础上，如图2所示，所述驱动杆1包括长杆101和球体102，所述球体102通过所述长杆101与所述躯体2连接，所述球体102包括光刻胶材料。 [0034] 光刻胶是指一大类具有光敏化学作用（或对电子能量敏感）的高分子聚合物材料；又叫抗蚀剂，也叫光阻剂，英文名称为resist。采用光刻胶材料制成的球体102，其对光更加敏感，能使光镊装置更容易定位到球体102上去，通过驱动球体102，实现对可操纵的光镊模型的操纵，设置为球体102，其目的是不仅是为了方便移动，而且为了增加光的接触面积，提高操纵效率。 [0035] 实施例3进一步的，所述操纵部3包括平面或者弧面。人们可以根据不同微粒的形状，选择不同的操纵部3，以此类推，也可以将操纵部3的表面制作为粗糙面，或者在操纵部3上增加夹爪或者长叉。例如，当所述细胞为纤长的神经细胞时，可以在所述操纵部3的表面设置数个长叉，用于勾住神经细胞。 [0036] 实施例4进一步的，所述驱动杆1为三个，所述躯体2为长方体，所述躯体2的长和高分别形成第一平面21、第二平面22，所述躯体2的宽和高分别形成第三平面23、第四平面24，所述三个驱动杆1分别设置在第一平面21、第二平面22和第三平面23上，所述操纵部3设在第四平面24上。 [0037] 采用实施例4制作成的可操纵的光镊模型，驱动杆1数量少，容易制作，受力对称，容易操纵，在实验室的实际操作中得到了良好的验证。 [0038] 进一步的，所述躯体2的长为40-60μm，宽为10-30μm，高为10-20μm，所述球体102的半径为5-10μm，所述长杆101的一端嵌入到所述球体102的内部。 [0039] 采用实施例4的技术方案，适用于大部分的细胞、微粒的捕获、操纵工作。 [0040] 实施例5在实施例4的基础上，所述躯体2的长为48μm，宽为20μm，高为14μm，所述球体102的半径为7.5μm，所述长杆101的一端嵌入到所述球体102的内部，所述球体102的中心到所述躯体2的垂直距离为20μm。采用这个实施例，所述可操纵的光镊模型移动灵活，容易操纵。 [0041] 实施例6进一步的，所述球体102由SU-8光刻胶制成。采用此技术方案，SU-8光刻胶的性能优良，价廉易得，成本低。 [0042] 进一步的，所述可操纵的光镊模型由SU-8光刻胶制成。 [0043] 实施例7在实施例1-6的基础上，所述可操纵的光镊模型通过全息光镊装置进行操纵，所述全息光镊装置利用高斯光进行操纵。 [0044] 全息光镊装置在计算机的辅助下，可以实现任意形状的全息图。随着计算机速度的不断刷新以及新的算法的出现，在一般的科研实验室已经可以很容易实现任意形状的全息光镊。原则上全息光镊可以产生任意形状、大小、数量的光阱。通过改变捕获光的相位分布，可以使捕获粒子在光阱中按设定的路线运动，是一种非常方便的光镊装置。 [0045] 一种用于操纵所述可操纵的光镊模型的全息光镊装置，如图5所示，其包括激光器4、扩束器5、三个透镜6、空间光调制器7、反射镜8、分光镜9、物镜10、CCD图像传感器11、计算机12和照明灯13。 [0046] 其中，所述激光器的作用是发射激光，所述扩束器5的作用是对激光的尺寸进行调节；所述透镜6的作用是对光线进行聚焦；所述空间光调制器7的作用是与计算机程序一起调制激光的相位和模态等参数，比如说将线性光调制成高斯光，或将一束光调制成多束光。 [0047] 所述分光镜9的作用是既能使部分光透过，又能部分光反射出去。所述物镜10既有对入射光聚焦的作用，又起到放大成像的作用。CCD图像传感器11用于观测模型操纵的效果，将效果图反馈到计算机12上。所述计算机12用于运行计算机程序以操作所述全息光镊装置。 [0048] 本实施例提供一种所述可操纵的光镊模型的使用方法，如图5所示，首先将所述可操纵的光镊模型100放在物镜10和照明灯13之间，从激光器4发射出线性光，线性光射入扩束器5，扩束器5对线性光的尺寸进行调节，调节后的线性光经透镜6聚焦，进入空间光调制器7，空间光调制器7将调节后的线性光调制为高斯光，所述高斯光射入反射镜8，经过反射镜8的反射后穿过两个透镜6射入分光镜9，经过分光镜9反射到显微镜的物镜10后，作用于所述可操纵的光镊模型。另外，可操纵的光镊模型的图像经过物镜10进入分光镜9，经过分光镜9透射进入CCD图像传感器11，所述CCD图像传感器11用于观测模型操纵的效果，并将效果图反馈到计算机12上。 [0049] 采用上述的技术方案对可操纵的光镊模型进行操纵，操纵灵活，满足了不同使用者对微粒的不同的操纵动作的要求。 [0050] 这种可操纵的光镊模型使用常用的光刻胶材料制成球体，结构简单、材料易得，间接地通过全息光镊装置进行微粒的操纵动作，不需担心光线损害微粒，为光镊技术的应用提出了新的思路，间接地解决了现有技术中光镊装置的局限性。 |
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