一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，利用激光干涉系统产生干涉图案化光场，经过光学系统，照射光诱导介电泳芯片，改变芯片中光敏层电阻，在芯片的溶液层产生随光场变化的不均匀电场，从而控制溶液中的微观粒子运动。利用激光干涉图案化光场作为光源可以获得亮暗光强差值更大的光场图案；对所需光学系统的要求更低，光学系统更简单；可以减小装置产生的像差，有利于操纵和观察微粒运动。

A light induced dielectrophoresis device based on laser interference patterned light field as light source

The invention discloses a laser interference pattern light field as the source of light induced dielectrophoresis device, interferometer interference pattern light field by laser irradiation through the optical system, light induced dielectrophoresis chip, change the photosensitive layer chip resistor, the chip solution layer with light field in a non-uniform electric field, thus to control the motion of microscopic particles in solution. Using laser interference pattern light field as a light source can obtain bright and dark light field intensity difference pattern is larger; the lower requirements of the optical system, the optical system is more simple; aberration can produce reducing device, is conducive to the manipulation and observation of particle motion.

【技术实现步骤摘要】
一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置
本专利技术涉及微纳米控制领域，特别涉及光诱导介电泳领域，是一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置。
技术介绍
对于微纳尺寸物体的观测和操纵，是研究微纳米科学和实现微纳制造的核心技术之一。随着物理、化学、生物技术的迅速发展，对微纳粒子的检测和追踪，以及进一步操纵，越来越受科学家们的关注。传统的技术手段无法满足当前准确、快捷、高效的检测要求，光诱导介电泳技术应运而生。光诱导介电泳是一种将光学电极与介电泳方法相结合的操纵技术。用光学电极代替传统的物理电极，从确定操纵功能，到设计电极并投入使用，所需周期极短，避免了复杂的电极制造过程，提高了微粒操纵灵活性，降低了电极加工成本。由于能够产生动态光虚拟电极，因此可以实现对微粒更加复杂的操纵。一般的光诱导介电泳装置的系统结构根据功能不同可以分为3个部分：1)投影区：由投影仪及其连接的电脑，透镜组，反射镜组成，主要控制光电极图案的产生、投影，并控制光场图案移动。2)测试区：由信号发生器及其连接的光诱导介电泳芯片组成，信号发生器连接芯片的上下两层导电层提供交变信号，微粒在芯片溶液层内被操纵。3)观测区：由光学显微镜、电荷耦合器件(CCD)及其连接的电脑组成，光学显微镜和CCD置于芯片上方，将芯片内部粒子的位置及操纵情况实时反馈至电脑屏幕。现有的光诱导介电泳装置一般使用投影仪作为光源，因为投影仪的光学系统本身较为简单，所以存在以下缺点：1)投影出的图像亮暗光强差值较小，产生的光诱导介电泳力小。2)投影出的图像本身就存在一定的偏差，且存在发散角用以扩大图像，所以对应的光学系统不易设计和调节。3)经过光学系统后产生像差较大，不利于操纵和观察微粒运动。
技术实现思路
本专利技术要解决技术问题为：1)投影出的图像亮暗光强差值较小，产生的光诱导介电泳力小，2)光学系统不易设计和调节，3)经过光学系统后产生像差较大。本专利技术提供了一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，利用激光干涉图案化光场作为光源，可以获得亮暗光强差值更大的光场图案；对所需光学系统的要求更低，光学系统更简单；可以减小装置产生的像差，有利于操纵和观察微粒运动。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，包括激光干涉系统、光学系统、光诱导介电泳芯片、信号发生器、显微镜系统和CCD图像传感系统，激光器发射的激光经激光干涉系统后产生干涉图案，干涉图案为明暗相间图案，该干涉图案化光场作为装置所用光源，所述的激光干涉系统由一个1:2分光透镜，一个1:1分光透镜，两个特制透镜，四个全反镜组成，作用是将激光分为三束频率相同，相位差恒定，振动方向一致光，并使之发生干涉，产生所需干涉图案，两个特制透镜分别为第一特制透镜和第二特制透镜，四个全反镜分别为第一全反镜，第二全反镜，第三全反镜和第四全反镜；光学系统由两个正透镜和一个反射镜组成，作用是汇聚光强，并将干涉图案化光场的亮纹宽度调节到与操控粒子直径相近，两个正透镜分别为第一正透镜和第二正透镜；光诱导介电泳芯片分为下层和上层，下层从下到上依次为第一玻璃片、第一导电层、光敏层，上层从上到下依次为第二玻璃片、第二导电层。进一步地，第一导电层、第二导电层为氧化铟锡膜，厚度为100nm—140nm，光敏层为氢化非晶硅膜，厚度为450nm—550nm。本专利技术的原理在于：一种激光干涉图案作为光源的光诱导介电泳装置，包括：激光干涉系统1、光学系统2、光诱导介电泳芯片3、信号发生器4、显微镜系统5、CCD图像传感系统6。根据本专利技术实施例提出的激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，是与其它同类装置的最大区别，也是本专利技术的优化方案，所用光源为激光经干涉系统后产生的明暗相间干涉图案化光场。为了得到符合要求的干涉图案，设计了激光干涉系统1。激光干涉系统1如图2所示，本专利技术实施例所使用的激光干涉系统1为三光束干涉系统，产生的干涉图案可以将单个微粒移动到特定位置，该系统由一个1:2分光透镜21，一个1:1分光透镜，两个特制透镜(第一特制透镜24、第二特制透镜28)，四个全反镜(第一全反镜22、第二全反镜25、第三全反镜26、第四全反镜27)组成，透镜的作用是将光束分为能够发生干涉的三束光，全反镜的作用是改变光束的传播路径。通过移动全反镜来改变光程差，从而改变干涉图案。通过改变激光干涉系统可以获得不同图案和大小的干涉图案。通过微位移平台可以改变光场相对于光诱导介电泳芯片的位置。设计的激光干涉系统1使三束光在第二特制透镜28处开始沿着光的传播方向发生稳定干涉。设计好干涉系统后需要相应的光学系统2如图3所示，用以汇聚光强和调整干涉图案的大小。干涉图案中的亮图案尺寸和所操纵微粒大小相近。光学系统中所用的每个透镜都会吸收一部分光，所以透镜越少则最后得到的光强越高。本专利技术实施例所使用的光学系统由两个正透镜(第一正透镜31、第二正透镜32)和一个反射镜33组成，正透镜的作用是汇聚光强，并将干涉图案调节到适合操纵和观测微粒运动的尺寸。反射镜的作用是改变干涉图案的传播路径，使之照射到水平放置的光诱导介电泳芯片3下表面。光诱导介电泳芯片3如图4所示，分为下层和上层，下层从下到上依次为玻璃片42、第一导电层43、光敏层44，上层从上到下依次为玻璃片45、第二导电层46。当激光干涉图案化光场照射到光诱导介电泳芯片3时，光敏层44相应位置的电阻发生变化，从而产生不均匀电场，使微粒发生极化，产生定向移动。显微镜系统5由显微镜和显微镜照明光源组成，CCD图像传感系统6由CCD和计算机组成，均无特殊要求。另外，根据本专利技术上述实施例的激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的实施例中，所述激光器为Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)固体激光器，所用激光束波长为通过倍频得到的532nm。进一步地，在本专利技术的实施例中,所述芯片中玻璃片为3cm×3cm×0.07cm，导电层氧化铟锡膜厚度为120nm，光敏层氢化非晶硅厚度为500nm。进一步地，在本专利技术的实施例中,选用厚度为50μm的3M窄边双面胶对芯片进行封装。使用的芯片没有经过溶液进孔和出孔设计，因此需要在注射溶液后再对芯片进行封装。封装过程中要注意：不能用手接触芯片表面，避免芯片污染；注入的溶液要适量，溶液量过多会影响芯片上下极板的贴合；溶液量过少，封装后芯片内会有气泡，且操作过程中会快速蒸发。本专利技术的有益效果是：利用激光干涉图案化光场作为光源，可以获得亮暗光强差值更大的光场图案；对所需光学系统的要求更低，光学系统更简单；可以减小装置产生的像差，有利于操纵和观察微粒运动。附图说明图1为光诱导介电泳装置结构示意图；其中1为激光干涉系统，2为光学系统，3为光诱导介电泳芯片，4为信号发生器，5为显微镜系统，6为CCD图像传感系统。图2为激光干涉系统示意图；其中21为1:2分光透镜，23为1:1分光透镜，24为第一特制透镜，28为第二特制透镜，22为第一全反镜，25为第二全反镜，26为第三全反镜，27为第四全反镜。图3为光学系统示意图；其中31为第一正透镜，32为第二正透镜，33为反射镜。图4为光诱导介电泳芯片结构示意图；其中41为光场图案，42本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，其特征是：包括激光干涉系统(1)、光学系统(2)、光诱导介电泳芯片(3)、信号发生器(4)、显微镜系统(5)和CCD图像传感系统(6)，激光器发射的激光经激光干涉系统(1)后产生干涉图案，干涉图案为明暗相间图案，该干涉图案化光场作为装置所用光源，由一个1:2分光透镜(21)，一个1:1分光透镜(23)、两个特制透镜(24、28)，四个全反镜(22、25、26、27)组成，作用是将激光分为三束频率相同，相位差恒定，振动方向一致的光，并使之发生干涉，产生所需干涉图案，两个特制透镜分别为第一特制透镜(24)和第二特制透镜(28)，四个全反镜(22、25、26、27)分别为第一全反镜(22)，第二全反镜(25)，第三全反镜(26)和第四全反镜(27)；光学系统(2)由两个正透镜(31、32)和一个反射镜(33)组成，作用是汇聚光强，并将干涉图案化光场的亮图案尺寸调节到与操控微粒直径相近，两个正透镜(31、32)分别为第一正透镜(31)和第二正透镜(32)；光诱导介电泳芯片(3)固定于三自由度可调的三维微位移平台，分为下层和上层，下层从下到上依次为第一玻璃片(42)、第一导电层(43)、光敏层(44)，上层从上到下依次为第二玻璃片(45)、第二导电层(46)。...

【技术特征摘要】
1.一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，其特征是：包括激光干涉系统(1)、光学系统(2)、光诱导介电泳芯片(3)、信号发生器(4)、显微镜系统(5)和CCD图像传感系统(6)，激光器发射的激光经激光干涉系统(1)后产生干涉图案，干涉图案为明暗相间图案，该干涉图案化光场作为装置所用光源，由一个1:2分光透镜(21)，一个1:1分光透镜(23)、两个特制透镜(24、28)，四个全反镜(22、25、26、27)组成，作用是将激光分为三束频率相同，相位差恒定，振动方向一致的光，并使之发生干涉，产生所需干涉图案，两个特制透镜分别为第一特制透镜(24)和第二特制透镜(28)，四个全反镜(22、25、26、27)分别为第一全反镜(22)，第二全反镜(25)，第三全反镜(26)和第四全反镜(27)；光学系统(2)由两个正透镜(31、32)和一个反射镜(33)组成，作用是汇聚光强，并将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王作斌，杨焕洲，董莉彤，陈思兰，王璐，郝博，邸旭，宋正勋，翁占坤，许红梅，李理，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22