一種微管和光鑷測控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微管和光鑷測控系統(tǒng)，屬于激光【技術(shù)領(lǐng)域】。所述微管和光鑷測控系統(tǒng)包括樣品池，所述微顆粒物在所述樣品池內(nèi)動作；樣品動作裝置，所述樣品動作裝置與所述樣品池連接；第一光阱裝置，所述第一光阱裝置用于捕獲控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；所述第一光阱裝置包括第一激光機構(gòu)、第一監(jiān)測機構(gòu)及第一顯微機構(gòu)；第二光阱裝置，所述第二光阱裝置與所述第一光阱裝置相對稱；成像裝置，所述成像裝置拍攝所述樣品池內(nèi)的圖像；中央處理器，所述中央處理器與所述監(jiān)測裝置連接，用于實時監(jiān)測激光的位置及強度。本發(fā)明微管和光鑷測控系統(tǒng)采用對稱的雙光阱系統(tǒng)，空間分辨率、時間分辨率及測力精度高。
【專利說明】一種微管和光鑷測控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種微管和光鑷測控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，顯微操控和精密測量技術(shù)快速發(fā)展，逐漸細化到納米或者說單個分子的 水平。在生物和物理交叉學科領(lǐng)域，代表性的單分子測控設(shè)備有：玻璃微管、原子力顯微鏡、 光鑷、磁鑷等。其中，光鑷是以激光的力學效應(yīng)為基礎(chǔ)的一種物理工具，是利用強會聚的光 場與微顆粒物相互作用時形成的光學勢阱來俘獲微顆粒物。光鑷對微顆粒物的俘獲及挾持 具有無機械接觸、無損傷的特性。微顆粒物可以是微珠、細胞等。這也使得光鑷技術(shù)在細胞 分離、細胞融合等生物醫(yī)學及生物轉(zhuǎn)基因【技術(shù)領(lǐng)域】頗受青睞。玻璃微管能夠以機械方式直 接吸附微顆粒物，并控制其運動，具有原理相對簡單的優(yōu)點。
[0003] 常用光鑷系統(tǒng)使用單個光阱來捕捉和操控微顆粒物，不容易保證微顆粒物的平 衡，測量誤差較大；對微顆粒物施加的力較??；微顆粒物還要有較好的透光性才能形成光 阱。多光阱則光路復(fù)雜，對光學器件要求高，造價高昂。已出現(xiàn)的玻璃微管與光鑷并用裝 置，樣品池不封閉，只能采用一種溶液，難以適應(yīng)多反應(yīng)物的實驗；溶液容易蒸發(fā)，不利于長 時間實驗；而且力阱不穩(wěn)定，測量精度有限。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種空間分辨率、時間分辨率及測力精度高的 微管和光鑷測控系統(tǒng)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微管和光鑷測控系統(tǒng)，用于操控與監(jiān)測 實驗溶液內(nèi)的微顆粒物；所述測控系統(tǒng)包括樣品池，所述微顆粒物在所述樣品池內(nèi)；樣品 動作裝置，所述樣品動作裝置與所述樣品池連接，所述樣品動作裝置帶動所述樣品池動作， 用于控制所述樣品池在三維方向的移動；第一光阱裝置，所述第一光阱裝置用于捕獲控制 所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；其中，所述第一光阱裝置包括第一激光機構(gòu)，所述第一激光機構(gòu) 發(fā)射的激光通過所述顯微機構(gòu)照射到所述樣品池，用于捕捉所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；第 一監(jiān)測機構(gòu)，所述第一監(jiān)測機構(gòu)接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光的精確 位置及強度；第一顯微機構(gòu)，所述激光通過所述第一顯微機構(gòu)照射在所述微顆粒物上，在所 述微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微顆粒物；第二光阱裝置，所述第二光阱裝置 與所述第一光阱裝置相對稱，所述第二光阱裝置與第一光阱裝置反向疊加，一起捕獲控制 所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；其中，第二光阱裝置包括：第二激光機構(gòu)，所述第二激光機構(gòu)發(fā) 射的激光照射到所述樣品池，用于捕捉所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；第二監(jiān)測機構(gòu)，所述第二 監(jiān)測機構(gòu)接收所述第二激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光的精確位置及強度；第二顯微 機構(gòu)，所述激光通過所述第二顯微機構(gòu)照射在所述微顆粒物上，在所述微顆粒物的折射下 形成光阱，用于控制所述微顆粒物；成像裝置，所述成像裝置拍攝所述樣品池內(nèi)的圖像，用 于觀察光阱及微顆粒物；中央處理器，所述中央處理器與所述監(jiān)測裝置連接，用于實時監(jiān)測 激光的位置及強度；所述中央處理器與所述成像裝置連接，用于接收所述成像裝置拍攝的 圖像；所述中央處理器與所述樣品動作裝置連接，用于控制所述樣品動作裝置動作；所述 中央處理器與所述第一光阱裝置及第二光阱裝置連接，控制所述第一光阱裝置及第二光阱 裝置動作。
[0006] 進一步地，樣品池包括承載部件，所述承載部件與所述樣品動作裝置連接，所述樣 品動作裝置帶動所述承載部件動作；溶液腔部件，所述溶液腔部件及注射部件設(shè)置在所述 承載部件上；注射部件，所述注射部件插入所述溶液腔部件內(nèi)，用負壓吸附所述溶液腔部件 內(nèi)的微顆粒物；進液管，所述進液管與溶液腔部件一端連接；出液管，所述出液管與溶液腔 部件一連接。
[0007] 進一步地，所述承載部件包括金屬框架；所述金屬框架與所述樣品動作裝置連接， 所述樣品動作裝置帶動所述金屬框架動作；所述溶液腔部件及注射部件設(shè)置在所述金屬框 架上；金屬栓，所述金屬栓與所述金屬框架連接。
[0008] 進一步地，所述溶液腔部件包括第一溶液腔；所述第一溶液腔的第一進液口與進 液管連接，所述含有微顆粒物的實驗溶液通過所述第一進液口進入所述第一溶液腔；所述 第一溶液腔的第一出液口與所述出液管連接；第二溶液腔，所述第二溶液腔的第二進液口 與進液管連接，所述含有微顆粒物的實驗溶液通過所述第二進液口進入所述第二溶液腔； 所述第二溶液腔的第二出液口與所述出液管連接；第三溶液腔，所述第三溶液腔的第三進 液口與進液管連接，含有微顆粒物的實驗溶液通過所述第三進液口進入所述第三溶液腔； 所述第三溶液腔的第三出液口與所述出液管連接；第一腔間導(dǎo)管，所述第一溶液腔通過所 述第一腔間導(dǎo)管與所述第二溶液腔連接，所述第一溶液腔內(nèi)的微顆粒物通過所述第一腔間 導(dǎo)管進入所述第二溶液腔；第二腔間導(dǎo)管，所述第三溶液腔通過所述第二腔間導(dǎo)管與所述 第二溶液腔連接，所述第三溶液腔內(nèi)的微顆粒物通過所述第二腔間導(dǎo)管進入所述第二溶液 腔。
[0009] 進一步地，所述注射部件包括玻微管，所述玻璃微管插入所述第二溶液腔；導(dǎo)液 管，所述導(dǎo)液管設(shè)置在所述承載部件上；所述導(dǎo)液管與所述玻璃微管連接；注射器，所述注 射器通過所述導(dǎo)液管與所述玻璃微管連接；所述注射器通過所述玻璃微管在所述第二溶液 腔內(nèi)以負壓吸附微顆粒物；壓管玻片，所述壓管玻片設(shè)置在所述導(dǎo)液管上，防止所述導(dǎo)液管 與所述玻璃微管脫離。
[0010] 進一步地，所述樣品動作裝置包括位移電機所述位移電機與所述樣品池連接，用 于帶動所述樣品池動作；所述中央處理器與所述位移電機連接，用于控制所述位移電機動 作。
[0011] 進一步地，所述第一激光機構(gòu)包括扭擺器，所述扭擺器與所述中央處理器連接，所 述中央處理器控制所述扭擺器動作；光纖，所述光纖設(shè)置在所述扭擺器內(nèi)，所述扭擺器改變 所述光纖位置；激光器所述激光器的激光通過所述光纖投射到所述分光片上；分光片，所 述分光片將激光器發(fā)射的激光進行分光。。
[0012] 進一步地，所述第一監(jiān)測機構(gòu)包括第一位置探測器，所述第一位置探測器接收所 述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于實時測量激光的精確位置；所述第一位置探測器與所述 中央處理器連接，用于將實時測量的激光的位置信號發(fā)送到所述中央處理器；第二位置探 測器，所述第二位置探測器接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的形成光阱后的激光，實時測量激 光位置，用于標度微顆粒物的位置；所述第二位置探測器與所述中央處理器連接，用于將微 顆粒物的位置信號發(fā)送到所述中央處理器；光瞳光度計，所述光瞳光度計接收所述第一激 光機構(gòu)發(fā)射的形成光講后的激光，實時測量激光強度，用于標度光講力的大小；所述光瞳光 度計與所述中央處理器連接，用于將所述光阱力大小的信號傳遞給所述中央處理器。
[0013] 進一步地，所述第一顯微機構(gòu)包括凸透鏡，所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過所 述凸透鏡照射到所述監(jiān)測機構(gòu)；偏振分束器；所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光依次通過所述 偏振分束器；四分之一玻片，通過所述偏振分束器的激光穿過所述四分之一玻片；物鏡，通 過所述四分之一玻片的激光穿過所述物鏡聚焦在所述樣品池。
[0014] 進一步地，所述成像裝置包括光源，所述光源通過所述第一顯微機構(gòu)照射在所述 樣品池內(nèi)；攝像機，所述攝像機接收所述光源通過所述第一顯微機構(gòu)投射過來的樣品池內(nèi) 的圖像；所述中央處理器與所述攝像機連接，用于接收所述攝像機拍攝的圖像。
[0015] 本發(fā)明提供的微管和光鑷測控系統(tǒng)的樣品池，微顆粒物在樣品池內(nèi)動作，樣品動 作裝置與樣品池連接，樣品動作裝置帶動樣品池動作，用于控制所述樣品池在三維方向的 移動，第一光阱裝置用于捕獲控制樣品池內(nèi)的微顆粒物，第一光阱裝置包括第一激光機構(gòu)、 第一監(jiān)測機構(gòu)及第一顯微機構(gòu)，第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過第一顯微機構(gòu)照射到樣品 池，用于捕捉樣品池內(nèi)的微顆粒物，激光在微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制樣品池內(nèi) 的微顆粒物，第一監(jiān)測機構(gòu)接收激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光的精確位置及強度；第 二光阱裝置與第一光阱裝置相對稱，第二光阱裝置與第一光阱裝置結(jié)構(gòu)一致，采用對稱的 雙光阱系統(tǒng)，第二光阱裝置與第一光阱裝置一起捕捉和控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物，t匕 只用一個光阱操控，作用力更大、操作更穩(wěn)定；空間分辨率、時間分辨率及測力精度高；成 像裝置拍攝樣品池內(nèi)的圖像，用于觀察光阱及微顆粒物，中央處理器與監(jiān)測裝置連接，用于 實時監(jiān)測激光的位置及強度，中央處理器與成像裝置連接，用于接收所述成像裝置拍攝的 圖像，中央處理器與樣品動作裝置連接，用于控制樣品動作裝置的動作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實施例提供的微管和光鑷測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明實施例提供的樣品池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明實施例提供的實驗分子在樣品池的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明提供的微管和光鑷測控系統(tǒng)的樣品池，微顆粒物在樣品池內(nèi)動作，樣品動 作裝置與樣品池連接，樣品動作裝置帶動樣品池動作，用于控制所述樣品池在三維方向的 移動，第一光阱裝置用于捕獲控制樣品池內(nèi)的微顆粒物，第一光阱裝置包括第一激光機構(gòu)、 第一監(jiān)測機構(gòu)及第一顯微機構(gòu)，第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過第一顯微機構(gòu)照射到樣品 池，用于捕捉樣品池內(nèi)的微顆粒物，激光在微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制樣品池內(nèi) 的微顆粒物，第一監(jiān)測機構(gòu)接收激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光的精確位置及強度；第 二光阱裝置與第一光阱裝置相對稱，第二光阱裝置與第一光阱裝置結(jié)構(gòu)一致，采用對稱的 雙光阱系統(tǒng)，第二光阱裝置與第一光阱裝置一起捕捉和控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物，t匕 只用一個光阱操控，作用力更大、操作更穩(wěn)定；空間分辨率、時間分辨率及測力精度高；成 像裝置拍攝樣品池內(nèi)的圖像，用于觀察光阱及微顆粒物，中央處理器與監(jiān)測裝置連接，用于 實時監(jiān)測激光的位置及強度，中央處理器與成像裝置連接，用于接收所述成像裝置拍攝的 圖像，中央處理器與樣品動作裝置連接，用于控制樣品動作裝置的動作
[0020] 實施例一
[0021] 參見圖1，本發(fā)明實施例提供的一種微管和光鑷測控系統(tǒng)，用于操控與監(jiān)測實驗溶 液內(nèi)的微顆粒物；所述測控系統(tǒng)包括：
[0022] 樣品池10,所述微顆粒物在所述樣品池10內(nèi)動作；
[0023] 樣品動作裝置，所述樣品動作裝置與所述樣品池10連接，所述樣品動作裝置帶動 所述樣品池動作，用于控制所述樣品池10在三維方向的移動；
[0024] 第一光阱裝置，所述第一光阱裝置用于捕獲控制所述樣品池10內(nèi)的微顆粒物；其 中，所述第一光阱裝置包括：
[0025] 第一激光機構(gòu)，所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過所述顯微機構(gòu)照射到所述樣品 池10,用于捕捉所述樣品池10內(nèi)的微顆粒物；
[0026] 第一監(jiān)測機構(gòu)，所述第一監(jiān)測機構(gòu)接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量 激光的精確位置及強度；
[0027] 第一顯微機構(gòu)，所述激光通過所述第一顯微機構(gòu)照射在所述微顆粒物上，在所述 微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微顆粒物；
[0028] 第二光阱裝置，所述第二光阱裝置與所述第一光阱裝置相對稱，所述第二光阱裝 置與第一光阱裝置反向疊加，一起捕獲控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；其中，第二光阱裝置 包括：
[0029] 第二激光機構(gòu)，所述第二激光機構(gòu)發(fā)射的激光照射到所述樣品池10,用于捕捉所 述樣品池10內(nèi)的微顆粒物；
[0030] 第二監(jiān)測機構(gòu)，所述第二監(jiān)測機構(gòu)接收所述第二激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量 激光的精確位置及強度；
[0031] 第二顯微機構(gòu)，所述激光通過所述第二顯微機構(gòu)照射在所述微顆粒物上，在所述 微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微顆粒物；
[0032] 成像裝置，所述成像裝置拍攝所述樣品池10內(nèi)的圖像，用于觀察光阱及微顆粒 物；
[0033] 中央處理器，所述中央處理器與所述監(jiān)測裝置連接，用于實時監(jiān)測激光的位置及 強度；所述中央處理器與所述成像裝置連接，用于接收所述成像裝置拍攝的圖像；所述中 央處理器與所述樣品動作裝置連接，用于控制所述樣品動作裝置動作；所述中央處理器與 所述第一光阱裝置及第二光阱裝置連接，控制所述第一光阱裝置及第二光阱裝置動作。 [0034] 為了更清楚的介紹本發(fā)明實施例，下面從各個部件予以說明。
[0035] 首先，介紹樣品池；
[0036] 參見圖2,所述樣品池10內(nèi)有所述微顆粒物；樣品池10包括進液管17、出液管18、 溶液腔部件、承載部件及注射部件。溶液腔部件一端與所述進液管17連接，另一端與所述 出液管18連接；溶液腔部件包括第一溶液腔19、第二溶液腔20、第一腔間導(dǎo)管22、第二腔 間導(dǎo)管34及第三溶液腔21 ;所述第一溶液腔19的第一進液口 23與進液管17連接，所述含 有微顆粒物的實驗溶液通過所述第一進液口 23進入所述第一溶液腔19 ;所述第一溶液腔 19的第一出液口 26與所述出液管18連接；所述第二溶液腔20的第二進液口 24與進液管 17連接，所述含有微顆粒物的實驗溶液通過所述第二進液口 24進入所述第二溶液腔20 ;所 述第二溶液腔20的第二出液口 27與所述出液管18連接；所述第三溶液腔21的第三進液 口 25與進液管17連接，所述含有微顆粒物的實驗溶液通過所述第三進液口 25進入所述第 三溶液腔21 ;所述第三溶液腔21的第三出液口 28與所述出液管18連接；所述第一溶液腔 19通過所述第一腔間導(dǎo)管22與所述第二溶液腔20連接，第一容液腔中的微顆粒物可以通 過所述第一腔間導(dǎo)管22進入所述第二溶液腔20 ;所述第三溶液腔21通過所述第二腔間導(dǎo) 管34與所述第二溶液腔20連接，第三容液腔中的微顆粒物通過所述第二腔間導(dǎo)管34進入 所述第二溶液腔20。所述溶液腔部件及注射部件設(shè)置在所述承載部件上；所述承載部件與 所述樣品動作裝置連接，所述樣品動作裝置帶動所述承載部件動作；承載部件包括金屬框 架29及金屬栓33 ;所述金屬框架29與所述金屬栓33連接；所述金屬框架29與所述樣品 動作裝置連接，所述樣品動作裝置帶動所述金屬框架29動作；所述溶液腔部件及注射部件 設(shè)置在所述金屬框架29上。所述注射部件插入所述溶液腔部件內(nèi)，用負壓吸附所述溶液腔 部件內(nèi)的微顆粒物；注射部件包括注射器32、導(dǎo)液管31、玻璃微管11及壓管玻片30 ;所述 注射器32通過所述導(dǎo)液管31與所述玻璃微管11連接；所述玻璃微管11插入所述第二溶 液腔20 ;所述注射器31通過所述玻璃微管11在所述第二溶液腔20內(nèi)以負壓吸附微顆粒 物；所述導(dǎo)液管31設(shè)置在所述承載部件上；所述壓管玻片30設(shè)置在所述導(dǎo)液管31上，防止 所述導(dǎo)液管31與所述玻璃微管11脫離。
[0037] 然后，介紹樣品動作裝置；
[0038] 所述樣品動作裝置與所述樣品池連接，所述樣品動作裝置帶動所述樣品池動作， 用于控制所述樣品池在三維方向的移動；所述樣品動作裝置包括位移電機12 ;所述位移電 機12與所述樣品池10連接，用于帶動所述樣品池10動作；所述中央處理器與所述位移電 機12連接，用于控制所述位移電機12動作。
[0039] 其次，介紹第一光阱裝置；
[0040] 所述第一光阱裝置用于捕獲控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；所述第一光阱裝置包 括第一激光機構(gòu)、第一監(jiān)測機構(gòu)及第一顯微機構(gòu)，第一激光機構(gòu)包括激光器1、光纖2、扭擺 器3及分光片4 ;所述光纖2設(shè)置在所述扭擺器3內(nèi)，所述扭擺器3改變所述光纖2位置；所 述激光器1的激光通過所述光纖2投射到所述分光片4上；所述扭擺器3與所述中央處理器 連接，所述中央處理器控制所述扭擺器3動作。第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過第一顯微機 構(gòu)照射到所述樣品池，激光在微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制樣品池內(nèi)的微顆粒物， 第一顯微機構(gòu)包括凸透鏡5、偏振分束器7、四分之一玻片8及物鏡9 ;所述第一激光機構(gòu)發(fā) 射的激光依次通過所述偏振分束器7、四分之一玻片8及物鏡9聚焦在所述樣品池10 ;所述 第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過所述凸透鏡5照射到所述監(jiān)測機構(gòu)。第一監(jiān)測機構(gòu)接收第一 激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光的精確位置及強度；第一監(jiān)測機構(gòu)包括第一位置探測 器6、第二位置探測器14及光瞳光度計13 ;所述第一位置探測器6接收所述第一激光機構(gòu) 發(fā)射的激光，用于實時測量激光的精確位置；所述第一位置探測器6與所述中央處理器連 接，用于將實時測量激光的精確位置信號發(fā)送到所述中央處理器；所述第二位置探測器14 接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的形成光阱后的激光，實時測量激光位置，用于標度微顆粒物 的位置；所述第二位置探測器14與所述中央處理器連接，用于將微顆粒物的位置信號發(fā)送 到所述中央處理器；所述光瞳光度計13接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的形成光阱后的激光， 實時測量激光強度，用于標度光阱力的大??；所述光瞳光度計13與所述中央處理器連接， 用于將所述光阱力大小的信號傳遞給所述中央處理器。
[0041] 接著，介紹第二光阱裝置；
[0042] 所述第二光阱裝置與所述第一光阱裝置相對稱，并與第一光阱裝置反向疊加，一 起捕捉和控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物。第二光阱裝置用于捕獲控制所述樣品池內(nèi)的微顆 粒物；所述第二光阱裝置包括第二激光機構(gòu)，所述第二激光機構(gòu)發(fā)射的激光照射到所述樣 品池10,用于捕捉所述樣品池10內(nèi)的微顆粒物；第二激光機構(gòu)機構(gòu)與第一激光機構(gòu)一致。 第二監(jiān)測機構(gòu)，所述第二監(jiān)測機構(gòu)接收所述第二激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光的精 確位置及強度；第二監(jiān)測機構(gòu)與第一監(jiān)測機構(gòu)結(jié)構(gòu)一致。第二顯微機構(gòu)，所述激光通過所述 第二顯微機構(gòu)照射在所述微顆粒物上，在所述微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制所述 微顆粒物；第二顯微機構(gòu)與敵意顯微機構(gòu)結(jié)構(gòu)一致。
[0043] 繼而，介紹成像裝置；
[0044] 所述成像裝置拍攝所述樣品池內(nèi)的圖像，用于觀察光阱及微顆粒物；成像裝置包 括光源15及攝像機16 ;所述光源15通過所述顯微機構(gòu)照射在所述樣品池10內(nèi)；所述攝像 機16接收所述光源15通過所述顯微機構(gòu)投射過來的樣品池10內(nèi)的圖像；所述中央處理器 與所述攝像機16連接，用于接收所述攝像機16拍攝的圖像。
[0045] 最后，介紹中央處理器；
[0046] 所述中央處理器與所述監(jiān)測裝置連接，用于實時監(jiān)測激光的位置及強度；所述中 央處理器與所述成像裝置連接，用于接收所述成像裝置拍攝的圖像；所述中央處理器與所 述樣品動作裝置連接，用于控制所述樣品動作裝置動作；所述中央處理器與所述第一光阱 裝置及第二光阱裝置連接，控制所述第一光阱裝置及第二光阱裝置動作。
[0047] 實施例二
[0048] 為了更清楚的介紹本發(fā)明實施例，下面從本發(fā)明實施例的使用方法上予以介紹。
[0049] 第一光阱裝置的激光器1發(fā)射激光，進入光纖2,光纖2設(shè)置在扭擺器3內(nèi)，扭擺 器3可以改變光纖2的位置進而調(diào)節(jié)激光的位置，中央處理器與扭擺器3連接，控制扭擺器 3動作，從而調(diào)整激光發(fā)射位置，此時，激光通過分光片4,分成兩束，一束經(jīng)凸透鏡5到達第 一位置探測器6,第一位置探測器6實時測量激光的精確位置。另一束激光經(jīng)過偏振分束器 7、四分之一波片8、物鏡9,聚焦到樣品池10,經(jīng)過微顆粒物形成光阱；折射后的激光再依次 穿過第二光阱裝置的物鏡、四分之一波片、偏振分束器、反射鏡、凸透鏡、分光片，然后分成 兩束；其中一束到達第二位置探測器14,實時測量激光的位置，該位置用來標度微顆粒物 的位置；另一束達到光瞳光度計13,實時測量激光的強度，該強度用來標度光阱力的大小。 第一位置探測器6、第二位置探測器14及光瞳光度計13與中央處理器連接，實時監(jiān)測激光 的位置和強度，處理數(shù)據(jù)后可以得到激光對微顆粒物所施加的力和微顆粒物的位移。同時， 啟動第二光阱裝置，第二光阱裝置進行與第一光阱裝置同樣動作。根據(jù)中央處理器得到的 第一位置探測器6、第二位置探測器14及光瞳光度計13的微顆粒物的位移信號，中央處理 器將信號傳遞給位移電機12,通過控制位移電機12的動作能夠精確控制樣品池10在三維 方向的移動。啟動位移電機12,將樣品池10移動到合適位置，可以使樣品池10中的微顆粒 物被光阱捕捉和操控。打開樣品池10的第一進液口 23、第一出液口 26和第二出液口 27的 閥門，施加液壓，通過進液管17把樣品溶液加入第一進液口 23,樣品中的微顆粒物（例如直 徑均為1微米的微珠）流經(jīng)第一腔間導(dǎo)管22,進入第二溶液腔20。這時注射器32施加負 壓并傳導(dǎo)到玻璃微管11，負壓把附近的一個微珠吸在玻璃微管11管口。然后，關(guān)閉第一進 液口 23和第一出液口 26的閥門，打開第三進液口 25和第三出液口 28的閥門，施加液壓， 通過進液管17把另一份樣品溶液加入第三進液口 25,樣品中的微顆粒物（例如直徑均為3 微米的微珠）流經(jīng)第二腔間導(dǎo)管34,進入第二溶液腔20。每份溶液中的微珠大小相同，但 和另一份樣品溶液的微珠大小不同，以便于區(qū)別。這時，光阱不動，移動樣品池10,使樣品池 10中的微珠經(jīng)過光阱并被捕獲，再關(guān)閉第三進液口 25和第三出液口 28的閥門。之后，移動 樣品池10,使光講和微管在同一個視野，光講和微管上的兩個微珠靠近，兩個微珠載有的分 子可以發(fā)生反應(yīng)結(jié)合在一起，這樣就用分子鏈把兩個微珠連在一起。啟動攝像機16及光源 15,攝像機16接收到可見光源15通過顯微機構(gòu)投射過來的樣品池10中的圖像，并實時地 將接收到的圖像傳輸?shù)街醒胩幚砥?，用于觀測光阱和樣品，并為操作提供信息，參見圖3,攝 像機16拍攝的圖像在中央處理器上顯示的畫面，玻璃微管11通過液體負壓吸住較小微顆 粒物，雙光阱捕捉并操控較大微顆粒物，這兩個微顆粒物之間連接有分子鏈，利用光阱和微 管來操控微顆粒物，就能實現(xiàn)對分子及其反應(yīng)的操控、觀察和測量，例如可測量位移、力、時 間、化學反應(yīng)參數(shù)等。
[0050] 綜上所述，本發(fā)明實施例提供的一種微管和光鑷測控系統(tǒng)具有如下技術(shù)效果。
[0051] 本發(fā)明提供的微管和光鑷測控系統(tǒng)的樣品池，微顆粒物在樣品池內(nèi)動作，樣品動 作裝置與樣品池連接，樣品動作裝置帶動樣品池動作，用于控制所述樣品池在三維方向的 移動，第一光阱裝置用于捕獲控制樣品池內(nèi)的微顆粒物，第一光阱裝置包括第一激光機構(gòu)、 第一監(jiān)測機構(gòu)及第一顯微機構(gòu)，第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過第一顯微機構(gòu)照射到樣品 池，用于捕捉樣品池內(nèi)的微顆粒物，激光在微顆粒物的折射下形成光阱，用于控制樣品池內(nèi) 的微顆粒物，第一監(jiān)測機構(gòu)接收激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光的精確位置及強度；第 二光阱裝置與第一光阱裝置相對稱，第二光阱裝置與第一光阱裝置結(jié)構(gòu)一致，采用對稱的 雙光阱系統(tǒng)，第二光阱裝置與第一光阱裝置一起捕捉和控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物，t匕 只用一個光阱操控，作用力更大、操作更穩(wěn)定；空間分辨率、時間分辨率及測力精度高；成 像裝置拍攝樣品池內(nèi)的圖像，用于觀察光阱及微顆粒物，中央處理器與監(jiān)測裝置連接，用于 實時監(jiān)測激光的位置及強度，中央處理器與成像裝置連接，用于接收所述成像裝置拍攝的 圖像，中央處理器與樣品動作裝置連接，用于控制樣品動作裝置的動作。
[0052] 最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明 的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1. 一種微管和光鑷測控系統(tǒng)，用于操控與監(jiān)測實驗溶液內(nèi)的微顆粒物；其特征在于， 所述測控系統(tǒng)包括： 樣品池（10)，所述微顆粒物在所述樣品池（10)內(nèi)； 樣品動作裝置，所述樣品動作裝置與所述樣品池（10)連接，所述樣品動作裝置帶動所 述樣品池（10)動作，用于控制所述樣品池（10)在三維方向的移動； 第一光阱裝置，所述第一光阱裝置用于捕獲控制所述樣品池（10)內(nèi)的微顆粒物；其 中，所述第一光阱裝置包括： 第一激光機構(gòu)，所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過所述顯微機構(gòu)照射到所述樣品池 (10)，用于捕捉所述樣品池（10)內(nèi)的微顆粒物； 第一監(jiān)測機構(gòu)，所述第一監(jiān)測機構(gòu)接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光 的精確位置及強度； 第一顯微機構(gòu)，所述激光通過所述第一顯微機構(gòu)照射在所述微顆粒物上，在所述微顆 粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微顆粒物； 第二光阱裝置，所述第二光阱裝置與所述第一光阱裝置相對稱，所述第二光阱裝置與 第一光阱裝置反向疊加，一起捕獲控制所述樣品池內(nèi)的微顆粒物；其中，第二光阱裝置包 括： 第二激光機構(gòu)，所述第二激光機構(gòu)發(fā)射的激光照射到所述樣品池（10)，用于捕捉所述 樣品池（10)內(nèi)的微顆粒物； 第二監(jiān)測機構(gòu)，所述第二監(jiān)測機構(gòu)接收所述第二激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用于測量激光 的精確位置及強度； 第二顯微機構(gòu)，所述激光通過所述第二顯微機構(gòu)照射在所述微顆粒物上，在所述微顆 粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微顆粒物； 成像裝置，所述成像裝置拍攝所述樣品池（10)內(nèi)的圖像，用于觀察光阱及微顆粒物； 中央處理器，所述中央處理器與所述監(jiān)測裝置連接，用于實時監(jiān)測激光的位置及強度； 所述中央處理器與所述成像裝置連接，用于接收所述成像裝置拍攝的圖像；所述中央處理 器與所述樣品動作裝置連接，用于控制所述樣品動作裝置動作；所述中央處理器與所述第 一光阱裝置及第二光阱裝置連接，控制所述第一光阱裝置及第二光阱裝置動作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，樣品池包括： 承載部件，所述承載部件與所述樣品動作裝置連接，所述樣品動作裝置帶動所述承載 部件動作； 溶液腔部件，所述溶液腔部件及注射部件設(shè)置在所述承載部件上； 注射部件，所述注射部件插入所述溶液腔部件內(nèi)，用負壓吸附所述溶液腔部件內(nèi)的微 顆粒物； 進液管（17)，所述進液管（17)與溶液腔部件一端連接； 出液管（18)，所述出液管（18)與溶液腔部件一端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測控裝置，其特征在于，所述承載部件包括： 金屬框架（29);所述金屬框架（29)與所述樣品動作裝置連接，所述樣品動作裝置帶動 所述金屬框架（29)動作；所述溶液腔部件及注射部件設(shè)置在所述金屬框架（29)上； 金屬栓（33)，所述金屬栓（33)與所述金屬框架（29)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，所述溶液腔部件包括： 第一溶液腔（19);所述第一溶液腔（19)的第一進液口（23)與進液管（17)連接，所述 含有微顆粒物的實驗溶液通過所述第一進液口（23)進入所述第一溶液腔（19);所述第一 溶液腔（19)的第一出液口（26)與所述出液管（18)連接； 第二溶液腔（20)，所述第二溶液腔（20)的第二進液口（24)與進液管（17)連接，所述 含有微顆粒物的實驗溶液通過所述第二進液口（24)進入所述第二溶液腔（20);所述第二 溶液腔（20)的第二出液口（27)與所述出液管（18)連接； 第三溶液腔（21)，所述第三溶液腔（21)的第三進液口（25)與進液管（17)連接，含有 微顆粒物的實驗溶液通過所述第三進液口（25)進入所述第三溶液腔（21);所述第三溶液 腔（21)的第三出液口（28)與所述出液管（18)連接； 第一腔間導(dǎo)管（22)，所述第一溶液腔（19)通過所述第一腔間導(dǎo)管（22)與所述第二溶 液腔（20)連接，所述第一溶液腔（19)內(nèi)的微顆粒物通過所述第一腔間導(dǎo)管（22)進入所述 第二溶液腔（20); 第二腔間導(dǎo)管（34)，所述第三溶液腔（21)通過所述第二腔間導(dǎo)管（34)與所述第二溶 液腔（20)連接，所述第三溶液腔內(nèi)（21)的微顆粒物通過所述第二腔間導(dǎo)管（34)進入所述 第二溶液腔（20)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，所述注射部件包括： 玻微管（11)，所述玻璃微管（11)插入所述第二溶液腔（20); 導(dǎo)液管（31)，所述導(dǎo)液管（31)設(shè)置在所述承載部件上；所述導(dǎo)液管（31)與所述玻璃 微管（11)連接； 注射器（32)，所述注射器（32)通過所述導(dǎo)液管（31)與所述玻璃微管（11)連接；所述 注射器（31)通過所述玻璃微管（11)在所述第二溶液腔（20)內(nèi)以負壓吸附微顆粒物； 壓管玻片（30)，所述壓管玻片（30)設(shè)置在所述導(dǎo)液管（31)上，防止所述導(dǎo)液管（31) 與所述玻璃微管（11)脫尚。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品動作裝置包括： 位移電機（12);所述位移電機（12)與所述樣品池（10)連接，用于帶動所述樣品池 (10)動作；所述中央處理器與所述位移電機（12)連接，用于控制所述位移電機（12)動作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，所述第一激光機構(gòu)包括： 扭擺器（3)，所述扭擺器（3)與所述中央處理器連接，所述中央處理器控制所述扭擺器 (3)動作； 光纖（2)，所述光纖（2)設(shè)置在所述扭擺器（3)內(nèi)，所述扭擺器（3)改變所述光纖（2) 位置； 激光器（1)所述激光器（1)的激光通過所述光纖（2)投射到所述分光片（4)上； 分光片（4)，所述分光片（4)將激光器（1)發(fā)射的激光進行分光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，所述第一監(jiān)測機構(gòu)包括： 第一位置探測器￠)，所述第一位置探測器（6)接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光，用 于實時測量激光的精確位置；所述第一位置探測器（6)與所述中央處理器連接，用于將實 時測量的激光的位置信號發(fā)送到所述中央處理器； 第二位置探測器（14)，所述第二位置探測器（14)接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的形成 光阱后的激光，實時測量激光位置，用于標度微顆粒物的位置；所述第二位置探測器（14) 與所述中央處理器連接，用于將微顆粒物的位置信號發(fā)送到所述中央處理器； 光瞳光度計（13)，所述光瞳光度計（13)接收所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的形成光講后的 激光，實時測量激光強度，用于標度光阱力的大??；所述光瞳光度計（13)與所述中央處理 器連接，用于將所述光阱力大小的信號傳遞給所述中央處理器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，所述第一顯微機構(gòu)包括： 凸透鏡（5)，所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光通過所述凸透鏡（5)照射到所述監(jiān)測機構(gòu)； 偏振分束器（7);所述第一激光機構(gòu)發(fā)射的激光依次通過所述偏振分束器（7); 四分之一玻片（8)，通過所述偏振分束器（7)的激光穿過所述四分之一玻片（8); 物鏡（9)，通過所述四分之一玻片（8)的激光穿過所述物鏡（9)聚焦在所述樣品池 (10)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測控系統(tǒng)，其特征在于，所述成像裝置包括： 光源（15)，所述光源（15)通過所述第一顯微機構(gòu)照射在所述樣品池（10)內(nèi)； 攝像機（16)，所述攝像機（16)接收所述光源（15)通過所述第一顯微機構(gòu)投射過來 的樣品池（10)內(nèi)的圖像；所述中央處理器與所述攝像機（16)連接，用于接收所述攝像機 (16)拍攝的圖像。
【文檔編號】G02B21/32GK104216103SQ201410451626
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】肖波濤, 符青山 申請人:華中科技大學