本发明专利技术公开了一种光电镊操控系统及使用其操控可操控对象的方法，该光电镊操控系统不仅能通过光电微流体芯片产生的介电泳力来操控、捕获、搬运可操控对象，还进一步设置有远程控制系统，使得操作员无需近距离接触实验装置，仅在远程控制系统的移动终端通过用户界面即可实现对光学图案的设计、信号的发送、可操控对象的操控以及接收反馈图像等实验操作，有效打破实验人员和场地的局限性，使得远程实验成为可能，保护实验环境不被污染，能为各类实验人员提供更多便利实验。验人员提供更多便利实验。验人员提供更多便利实验。
【技术实现步骤摘要】
一种光电镊操控系统及使用其操控可操控对象的方法
[0001]本专利技术属于光学显微成像与光学操控
，具体涉及一种光电镊操控系统及使用其操控可操控对象的方法。
技术介绍
[0002]光电镊，也称为光学诱导介电电泳(optoelectronic tweezing，OET)，可以利用小功率对细胞和微纳米粒子进行并行操纵，目前已被应用于各类微纳米制造以及生物学应用中。例如，基于OET微机器人已被验证用于分离单细胞进行克隆扩增和RNA测序(Shuailong，Z等人(2019)，Proceedings of the National Academy of sciences，116(30)，14823
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14828)。OET还用于分析红细胞(Neale，S.L等人(2012)Proceedings of Spie the International Society for Optical Engineering，8458(7)，27)的相对硬度以及影响大肠杆菌(A.Mishra等人(2016)Lab on A Chip，16(6)，10.1039)细胞膜的条件。在储能、催化以及复杂电子器件领域，光电镊也可应用制造性能优良的微电子器件，例如电池(Yang，W等人(2017)Small，13(5)，1602769)、石墨烯组装体(Lim，M等人(2018)Applied Physics Letters，113(3)，031106)和二硫化钼薄膜晶体管(Meng(2017)Acs Applied Materials&Interfaces，9，8361
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8370.)的三维水凝胶微观结构。
[0003]光电镊系统不同于介电泳操控预先制备的固定电极结构，可编程的光学图案投影使其具有很大灵活性，同时又可以使用更小光功率来产生所需操控力，是一种有良好应用前景的微操控技术。
[0004]然而，目前使用的光电镊系统中，低操纵通量仍是亟待解决的问题，多个细胞的大批量操纵仍是技术难点。其次，光电镊系统的无线远程控制可以减少生物污染实验环境，而这一远程操控系统的可能性目前还没有被研究。在微流体芯片中，在光学感应电场的作用下，光电镊系统表现为电动力学机制，其中微纳米粒子被电场极化从而具有不同的介电性质。在常规应用光电镊技术时，通常单独用或正或负的介电泳力操纵靶粒子，这限制了该技术在其他研究中的适用性。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提供一种光电镊操控系统，操作员可以对该系统进行远程操控，这样能够减少实验环境的污染，并提高操控效率；其次，本专利技术的另一个目的在于继而提供一种使用前述光电镊操控系统操控可操控对象的方法，该方法可以利用可操控对象微粒自身的介电性质来提高操控效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种光电镊操控系统，其包括：投影成像模块、实时显示观测模块、照明模块以及辅助模块。其中，投影成像模块按照光线传播方向依次为：投影仪、缩束透镜组、第一分束镜、物镜、光电微流体芯片，该投影成像模块主要用于将投影仪产生的光学图案投射到光电微流体芯片上；实时显示观测模块按照光线传播方向
依次为：光电微流体芯片、物镜、第一分束镜、第二分束镜、成像透镜、图像传感器；照明模块按照光线传播方向依次为：光源、聚光透镜、第二分束镜、第一分束镜、物镜、光电微流体芯片，光源发出的散射光经聚光透镜变为平行光后为系统提供照明。
[0007]其中，投影成像模块、实时显示观测模块和照明模块可以共用第一分束镜和物镜，照明模块与实时显示观测模块可以共用第二分束镜。
[0008]本领域技术人员可以理解的是，作为一种常规实现方式，第一分束镜可以选用例如PBS二色反射镜，和/或，光源可以选用例如LED照明灯，和/或，图像传感器可以选用例如CCD相机，和/或，聚光透镜与成像透镜均可以选用例如凸透镜。
[0009]作为本专利技术的优选，为保障成像效果，系统用投影仪可以选用含有DMD芯片的投影仪，该种投影仪能作为可编程计算机光学图案生成装置使用。DMD芯片上密密麻麻地排列有80万至100万面小镜子，且每个小镜子都可以独立向正负方向翻转10度，并可以每秒钟翻转65000次，光源通过这些小镜子反射到屏幕上直接形成图像，其光学路径相当简单，体积更小。
[0010]本专利技术的光电镊操控系统还进一步设置有函数发生器，函数发生器本质上可以是一电压源。当函数发生器向光电微流体芯片施加电压时，光电微流体芯片的光导层经投影成像模块投射过来的光学图案的照射而产生虚拟电极，虚拟电极产生垂直于光导层平面的非均匀电场，非均匀电场能对放置在光电微流体芯片上的细胞或颗粒等可操控对象施加介电泳力。
[0011]本专利技术的光电镊操控系统还进一步设置有载物台，光电微流体芯片设置于载物台上，载物台可以是一种微位移台。
[0012]本专利技术的光电镊操控系统还进一步设置有控制单元，控制单元可以向光电镊实验设备发送控制信号并接收结果反馈，操作员在现场通过该控制单元可实现对光电镊操控系统的各种操控。
[0013]在本专利技术的一较佳实施例中，光电镊操控系统的辅助模块包括基于云端的远程控制系统，远程控制系统由云服务器、多终端交互平台等构成。
[0014]本领域技术人员可以理解的是，作为一种常规实现方式，云服务器可以选用商业服务器。公知地，商业服务器可以处理大量耗时的计算负载，包括图像处理、投影图形生成、数据格式转换等。
[0015]进一步地，多终端交互平台可包括上述控制单元以及远程终端。其中，控制单元、远程终端和云服务器之间可以通过云网络实现两两交互通信，传输控制命令和数据信号。优选地，控制单元用计算机可以是多个，远程终端也可以是多个。
[0016]为便于使用的目的，作为一种常规实现方式，上述控制单元作为现场设备之一，例如可以是一计算机，计算机可以是任何形式的电脑，例如工业控制计算机、PC机、笔记本电脑等；当远程终端是便携式终端，例如可以选用各种可移动终端：平板电脑、手机等。
[0017]但本领域技术人员可以理解的是，控制单元和/或远程终端均可以是各类固定式终端，和/或，也可以是各类便携式终端。
[0018]优选地，远程控制系统还包括路由器。
[0019]优选地，为了方便操作员操控和观察，该控制单元和远程终端会设置有显示装置和数据输入输出设备。
[0020]为了方便操作员现场和/或远程地对系统进行操控，控制单元和远程终端上均设置有跨平台图形用户界面(GUI)，并配备有专用的标准GUI程序，标准GUI程序集合图像传感器实时监控、投影图形的设计与控制、获得的显微镜图像的后处理、识别结果显示等各功能于一体。
[0021]标准GUI程序的使用可大大简化操作员的操作步骤，仅在一个界面上便可实现发送设计好的投影图像、控制图像的变化和移动、接收处理后的芯片图像等所需的全部功能。例如，投影成像模块中的光学投影图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光电镊操控系统，其特征在于，该光电镊操控系统包括投影仪(1)、缩束透镜组、第一分束镜(4)、物镜(5)、光电微流体芯片(6)、第二分束镜(7)、第三凸透镜(8)、图像传感器(9)、第四凸透镜(10)、光源(11)、控制单元、函数发生器(14)；其中，所述投影仪(1)产生的光学图案能够经所述缩束透镜组、所述第一分束镜(4)、所述物镜(5)投射到所述光电微流体芯片(6)；所述函数发生器(14)被构造为能够向所述光电微流体芯片(6)施加电压信号，以使得所述光电微流体芯片(6)在所述光学图案的作用下产生可施加于可操控对象的介电泳力；所述光源(11)产生的光线能够经所述第四凸透镜(10)、所述第二分束镜(7)、所述第一分束镜(4)、所述物镜(5)投射到所述光电微流体芯片(6)，所述光电微流体芯片(6)的光线能够经所述物镜(5)、所述第一分束镜(4)、所述第二分束镜(7)、所述第三凸透镜(8)到达所述图像传感器(9)，以使得所述图像传感器(9)产生关于所述可操控对象的图像；所述控制单元被构造为能分别与所述投影仪(1)和所述图像传感器(9)相互通信以传输数据和/或控制信号。2.根据权利要求1所述的光电镊操控系统，其特征在于，所述光电镊操控系统进一步包括基于云的远程控制系统，所述远程控制系统包括所述控制单元、远程终端、云服务器(16)；其中，所述控制单元、所述远程终端和所述云服务器(16)之间能够基于WebSocket协议的云网络实现两两交互通信以传输数据和/或控制信号。3.根据权利要求2所述的光电镊操控系统，其特征在于，所述控制单元和/或所述远程终端被构造为能够对所述光电镊操控系统进行所述图像传感器(9)的实时监控、所述投影仪(1)产生的所述光学图案的设计与控制、获得图像的后处理、识别结果显示；所述控制单元和所述远程终端均设置有人机交互用用户界面，基于该用户界面，操作员通过所述控制单元和/或所述远程终端控制所述光电镊操控系统。4.根据权利要求1
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3中任意一项所述的光电镊操控系统，其特征在于，所述投影仪(1)为含有DMD芯片的投影仪；所述缩束透镜组包括第一凸透镜(2)和第二凸透镜(3)，所述投影仪(1)产生的所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯林，梁树璋，甘淳元，曹宇晴，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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