一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置，所述装置包括：激光器、集成声光偏转器AOD、扩束镜、二向色镜、显微镜、样品室、照明光源、反射镜、聚光镜和CCD相机；所述激光器发射激光束依次经过所述AOD调制、所述扩束镜扩束、所述二向色镜耦合垂直射入倒置的所述显微镜中，经所述倒置的显微镜聚焦到样品室中；所述倒置的显微镜上方设置照明光源，所述照明光源透过所述倒置的显微镜和所述二向色镜，经过所述反射镜反射和所述聚光镜会聚到CCD相机中。本发明专利技术中的上述装置无需依赖制作出其他微型器件，只要基于扫描光镊且仅需要改变扫描频率便可实现双向分选。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置
本专利技术涉及纳米颗粒筛选领域，特别是涉及一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置。
技术介绍
纳米粒子具有独特的光学和化学性质，在许多领域应用中发挥着越来越重要的作用。常见的对纳米粒子的光学操控在表面科学、胶体化学、微流体学、生物化学和医学等领域都有广泛的应用。如药物输送、纳米级光刻等领域。然而，纳米粒子的光学特性很大程度上取决于其尺寸大小和形状，并且各种不同应用领域对纳米粒子的尺寸的精度要求也不同，因此，对不同尺寸纳米粒子的分选进行研究显得很有必要。然而许多合成方法往往会产生较大的尺寸差异，或是对操作环境要求较高，复杂性较高。因此研究一个高精度并且操作简单的分选方式是许多研究者一直努力的目标。目前，常见的分离技术如离心法、沉淀法，但动态分离范围受到限制，精度不高。化学分离法的分离过程过于复杂，且不可避免的会对被分离粒子产生损伤。而全光学的分离方式具有以高精度在无菌环境下分离各种纳米粒子的潜力，有着优秀的研究前景。目前已有的光学分选研究成果中，利用金属粒子的等离子体共振效应产生的红移分离不同尺寸的纳米粒子。或者是利用基于微纳加工技术制造特定的微流通道，来克服微流流动产生的影响后，再利用不同尺寸颗粒被光照射后产生的不同大小的散射力来实现分离。对于一般的介电粒子，如聚苯乙烯颗粒，可以使用光学色谱法，用光束宽度大于粒径的松散的聚焦激光垂直于微流流动方向入射，达到可以忽略梯度力的影响，而其受到的散射力以及斯托克斯力的大小取决于粒子的尺寸，从而不同尺寸的粒子会有不同的运动轨迹，达到分离效果。虽然全光学的分选方式可以将对样品的损伤降到最低，但目前所报道的光学分选的研究中，大多都具有一定的局限性：对于一般的介电粒子，光学色谱法分离的范围跨度宽，精度低，多为微米级，且前提条件要求高，比如若样品粒子是分散在溶液中而非排列好时，其轨迹变化就不明显，也呈现不出分离效果。基于微纳加工技术制造微流通道的方法，对搭建实验环境所需要的制作工艺要求较高，增加了实验整体的复杂性。而可以达到较高分离精度的等离子体共振方法又只适用于金属粒子，对于一般的介电粒子并不适用。目前在光学分选研究领域，也多数都是关于金属粒子分选的研究，对一般的各向同性介电粒子的分选研究停留在微米级别，并且依赖于特定的尺寸的特性下产生的特殊的光学力才能成功实现。也就是说这很难应用到一般情况。针对以上技术方案的不足之处，我们提出了一种无需复杂的工艺制造流程，对样品粒子的分布状态没有要求，对纳米级-亚微米级的一般的各向同性介电粒子实现的分离。对这些随机分散在水中的聚苯乙烯粒子，仅利用扫描光镊，实现在同种材料粒子光学性质相似的情况下，利用这些粒子尺寸的差异在光学上产生的显著差异，达到一个明显且清晰的分离效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置，无需复杂的工艺制造流程，对样品粒子的分布状态没有要求，实现对纳米级-亚微米级的一般的各向同性介电粒子的分离。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置，所述装置包括：激光器、集成声光偏转器AOD、扩束镜、二向色镜、显微镜、样品室、照明光源、反射镜、聚光镜和CCD相机；所述激光器发射激光束依次经过所述AOD调制、所述扩束镜扩束、所述二向色镜耦合垂直射入倒置的所述显微镜中，经所述倒置的显微镜聚焦到样品室中；所述倒置的显微镜上方设置照明光源，所述照明光源透过所述倒置的显微镜和所述二向色镜，经过所述反射镜反射和所述聚光镜会聚到CCD相机中。可选的，所述扩束镜具体包括第一扩束镜和第二扩束镜。可选的，所述装置还包括：计算机，所述计算机与所述AOD连接，所述计算机用于根据预先设定的捕获点位置，控制所述AOD的偏转角度。可选的，所述计算机采用Tweez程序，通过所述Tweez程序设置捕获点的位置、数量以及在光束在捕获点间的扫描频率。可选的，所述激光器的最大输入功率为5W，所述激光束的波长为1064nm。可选的，所述显微镜的数值孔径为0.7。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术中的上述技术方案提供了一个非常简易的分选方法，无需依赖制作出其他微型器件，只要基于扫描光镊且仅需要改变扫描频率便可实现双向分选；对样品粒子无需别的操作，它可以任意分散在样品溶液中，只要当捕获链移动到粒子附近，就能将其捕获并进行筛选；由于已有研究成果中对一般各向同性介电粒子的纳米级双向分选的研究成果很少，该技术方案为此填补了空缺。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置结构示意图；图2为本专利技术实施例实验原理图；图3为本专利技术实施例以XT为中心的陷阱的扫描间距s沿扫描方向X的光强(I)分布示意图；图4为本专利技术实施例暗场下聚苯乙烯(PS)离子的分选过程图像示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置，无需复杂的工艺制造流程，对样品粒子的分布状态没有要求，实现对纳米级-亚微米级的一般的各向同性介电粒子的分离。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置结构示意图，如图1所示，所述装置包括：激光器、集成声光偏转器AOD、扩束镜、二向色镜、显微镜、样品室、照明光源、反射镜、聚光镜和CCD相机；所述激光器、集成声光偏转器AOD、扩束镜以及二向色镜设置在同一水平面上，所述显微镜和所述样品室依次设置在所述二色镜的上方，所述反射镜设置在所述二色镜的正下方，聚光镜设置在所述反射镜的左侧，CCD相机设置在所述聚光镜的左侧。所述激光器发射激光束依次经过所述AOD调制、所述扩束镜扩束、所述二向色镜耦合垂直射入倒置的所述显微镜中，经数值孔径(NA)为0.7的所述倒置的显微镜聚焦到样品室中；所述倒置的显微镜上方设置照明光源，所述照明光源透过所述倒置的显微镜和所述二向色镜，二向色镜仅会反射特定波长的光(在此装置中是1064nm的激光)，因此照明光源会直接穿过二向色镜，再经反射镜反射和聚光镜会聚到CCD相机中，CCD相机记录显微镜下的样品室。此外，本装置还包括一台计算机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置，其特征在于，所述装置包括：/n激光器、集成声光偏转器AOD、扩束镜、二向色镜、显微镜、样品室、照明光源、反射镜、聚光镜和CCD相机；/n所述激光器发射激光束依次经过所述AOD调制、所述扩束镜扩束、所述二向色镜耦合垂直射入倒置的所述显微镜中，经所述倒置的显微镜聚焦到样品室中；/n所述倒置的显微镜上方设置照明光源，所述照明光源透过所述倒置的显微镜和所述二向色镜，经过所述反射镜反射和所述聚光镜会聚到CCD相机中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置，其特征在于，所述装置包括：
激光器、集成声光偏转器AOD、扩束镜、二向色镜、显微镜、样品室、照明光源、反射镜、聚光镜和CCD相机；
所述激光器发射激光束依次经过所述AOD调制、所述扩束镜扩束、所述二向色镜耦合垂直射入倒置的所述显微镜中，经所述倒置的显微镜聚焦到样品室中；
所述倒置的显微镜上方设置照明光源，所述照明光源透过所述倒置的显微镜和所述二向色镜，经过所述反射镜反射和所述聚光镜会聚到CCD相机中。


2.根据权利要求1所述的基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置，其特征在于，所述扩束镜具体包括第一扩束镜和第二扩束镜。


3.根据权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐孝浩，杨艺，陈熙熙，武田丽，李宇超，刘晓帅，张垚，李宝军，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44