一种光热释电镊器件的操控系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种光热释电镊器件，所述光热释电镊器件由光致温变材料与热释电材料复合而成。由于光光致温变材料与热释电材料可在光照下通过光热释电机制输出电、力双重信号，实现对细胞、液体、颗粒等不同材质以及从纳米到厘米跨尺度对象的非接触远程操控。本实用新型专利技术还提供的一种基于光热释电镊器件的操控系统，利用光、热、电多场耦合实现光操控相较经典的光镊操控技术和系统，不但降低了光操控所需的光场强度，并提升了可产生的作用力上限，还拓展了操控对象的尺度，在保有光镊操控原有远程、非接触、高分辨、高灵活性的同时，可实现对从微观尺度对象到宏观尺度上对象的操控，具有不广泛的应用潜力。有不广泛的应用潜力。有不广泛的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种光热释电镊器件的操控系统


[0001]本技术涉及光学操控领域，特别涉及一种光热释电镊器件的操控系统。

技术介绍

[0002]对细胞、颗粒、液体、气泡等不同对象的远程非接触操控在单细胞分析、生化检测、细胞调控等生物医学诸多领域均有着广泛的应用。荣获2018年诺贝尔物理学奖的光镊操控技术，可以利用高分辨、高灵活性的光作为操控方式，在非接触、精准远程操控从生物大分子到细胞跨尺度对象方面更体现出独特的优势(D.G.Grier,Arevolution in optical manipulation,Nature 2003,424(6950):810
‑
816；A.Ashkin,J.M.Dziedzic,T.Yamane,Optical trapping and manipulation of single cells using infrared
‑
laser beams,Nature 1987,330(6150):769
‑
771.)。
[0003]光镊操控主要基于光线穿透操控对象时发生折射造成的光动量变化，进而由于动量守恒在操控对象上产生指向光场中心的反作用力，实现对操控对象的捕获；并在光场移动的情况下，非接触操纵目标对象移动。
[0004]然而，利用光动量变化产生反作用力的光镊操控方式对操控对象的折射率有特定的要求。并且，要产生足够操纵微纳尺度对象的作用力也需要依赖极高的光场能量(106～107W/cm2)。此外，由于光镊产生的作用力难以突破100皮牛量级，光镊可操控对象的尺度(可操控对象的尺度范围：10
‑9～10
‑6m)也面临局限(K.Dholakia,B.W.Drinkwater,M.Ritsch
‑
Marte,Comparing acoustic and optical forces for biomedical research,Nature Reviews Physics 2020,2(9):480
‑
491.)。

技术实现思路

[0005]鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种可降低光操控所需的光场强度且提升可产生的作用力上限同时还拓展了操控对象的尺度的光热释电镊器件、光热释电镊器件的操控系统及方法。
[0006]为解决上述问题，本技术采用下述技术方案：
[0007]本技术提供了一种所述的光热释电镊器件的操控系统，包括：激光器、第一凸透镜、第二凸透镜、扫描振镜、第一分束镜、成像光源、电光调制器、图像传感器、滤光片、第三凸透镜、第四凸透镜、第五凸透镜、第二分束镜和物镜；其中：
[0008]所述激光器产生的激发光依次经所述第一凸透镜、所述第二凸透镜、所述扫描振镜、所述第一分束镜、所述第二分束镜和所述物镜后照射到所述光热电镊器件上；
[0009]所述成像光源的成像光束依次经所述电光调制器、所述第四凸透镜、所述第五凸透镜、所述第二分束镜和所述物镜后照射在所述光热电镊器件的光场激励位置上；
[0010]所述光热电镊器件的光学影像依次所述物镜、所述第二分束镜、所述第一分束镜、所述第三凸透镜到达所述图像传感器，产生可操控对象的图像。
[0011]在其中一些实施例中，所述激光器产生的激发光的波长、光强、频率、脉冲宽度、光
斑数量、光斑形态、光斑面积、光斑路径以及光斑移动速率均可调谐。
[0012]在其中一些实施例中，所述激光器的激光波段为400nm
–
1700nm，激光功率密度为0.01～50W/cm2。
[0013]在其中一些实施例中，所述成像光源为LED光源或激光器。
[0014]在其中一些实施例中，所述图像传感器为CCD相机。
[0015]在其中一些实施例中，所述光热释电镊器件上方可设置接地的电极板或网栅以提升操控时光热释电产生的电场梯度。
[0016]在其中一些实施例中，所述可操控对象为细胞、颗粒、液滴或气泡。
[0017]在其中一些实施例中，所述可操控对象的直径为1nm
–
20cm。
[0018]本技术目上述实施例提供的一种光热释电镊器件，所述光热释电镊器件由光致温变材料与热释电材料复合而成。由于光光致温变材料与热释电材料可在光照下通过光热释电机制输出电、力双重信号，实现对细胞、液体、颗粒等不同材质以及从纳米到厘米跨尺度对象的非接触远程操控。
[0019]可以理解，本实施例对具体的光致温变材料、热释电材料类型没有严格要求，它/它们的选择取决于最终用途及用途所期望的效果。例如，为器件自身在实际使用中的效果，需保证光致温变材料与热释电材料能够有效复合，并保证复合后器件的结构性能、力学性能和电学性能。
[0020]在其中一些实施例中，所述光致温变材料包含光热材料和光冷材料。
[0021]在其中一些实施例中，所述光热材料为下述材料中至少一种：炭黑、碳纳米管、石墨烯、黑磷、聚多巴胺、金纳米颗粒、金纳米棒、镓铟合金液体金属、黑色二氧化钛、超分子金属有机骨架材料(MOF)、二硫化钼(MoS2)、二维材料(MXenes)及小分子光热试剂，所述二维材料包括过渡金属碳化物、过渡金属氮化物和过渡金属碳氮化物，所述小分子光热试剂包括氟硼配合物(BF2)。
[0022]在其中一些实施例中，所述光冷材料为下述材料中至少一种：具有反斯托克斯效应的稀土离子掺杂重金属玻璃或晶体材料。其中：稀土离子掺杂重金属玻璃包括Yb
3+
掺杂的ZrF4‑
BaF2‑
LaF3‑
AlF3‑
NaF
‑
PbF2；晶体材料包括：Yb
3+
掺杂的KGd(WO4)2晶体、Yb3+掺杂的氟化锂钇晶体、Yb
3+
掺杂的KPb2Cl5晶体、Yb
3+
掺杂的Y3Al5O
12
晶体、Tm
3+
掺杂的ZBLANP、Tm
3+
掺杂的KGd(WO4)2晶体、Tm
3+
掺杂的YLF晶体、Tm
3+
掺杂的KPb2Cl5晶体及Tm
3+
掺杂的YAG晶体中的至少一种。
[0023]在其中一些实施例中，所述热释电材料为下述材料中至少一种：聚偏氟乙烯类铁电聚合物、碳原子数为奇数的尼龙、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚亚乙烯基二氰及其共聚物、聚脲、聚苯基氰基醚、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚乳酸、铁电液晶、钛酸铅、钛酸钡、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、钛酸铋、钌酸锶、铁酸铋、磷酸二氢钾、硫酸三甘酸氨、罗息盐、铋层状钙钛矿结构铁电体、钨青铜型铁电体、钙钛矿型有机金属卤化物铁电体。
[0024]在其中一些实施例中，所述聚偏氟乙烯类铁电聚合物包括聚(偏氟乙烯)、聚(偏氟乙烯
‑
三氟乙烯)[P(VDF
‑
TrFE)共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热释电镊器件的操控系统，其特征在于，包括：激光器、第一凸透镜、第二凸透镜、扫描振镜、第一分束镜、成像光源、电光调制器、图像传感器、滤光片、第三凸透镜、第四凸透镜、第五凸透镜、第二分束镜和物镜；其中：所述激光器产生的激发光依次经所述第一凸透镜、所述第二凸透镜、所述扫描振镜、所述第一分束镜、所述第二分束镜和所述物镜后照射到所述光热释电镊器件上；所述成像光源的成像光束依次经所述电光调制器、所述第四凸透镜、所述第五凸透镜、所述第二分束镜和所述物镜后照射在所述光热释电镊器件的光场激励位置上；所述光热释电镊器件的光学影像依次所述物镜、所述第二分束镜、所述第一分束镜、所述第三凸透镜到达所述图像传感器，产生可操控对象的图像。2.如权利要求1所述的光热释电镊器件的操控系统，其特征在于，所述激光器产生的激发光的波长、光强、频率、脉冲宽度、光斑数量、光斑形...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜学敏，赵启龙，王芳，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：