【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光镊捕获，尤其涉及一种基于光镊的气体介质中捕获微球的方法与装置。
技术介绍
1、光镊是一种利用光抓住物体的工具，它利用光辐射到物体表面时可对物体产生光压的现象，通过高度汇聚的激光束对粒子产生强大的光阱力，具有将一个或几个粒子限制在三维空间中的作用。arthur ashkin的团队在1986年首次展示了光镊捕获，之后光镊技术凭借其具有非接触、无损伤、纳米量级的空间分辨率、皮牛量级的力分辨率等优点，在不同研究领域如物理学、化学、生物学、材料科学、大气科学等中都得到了广泛的应用。
2、然而，在过去的几十年里，由于生物学、微观物理学等研究领域的必要性，大多数光学捕获的物体都被限制在液体介质中。此外，由于悬浮在空气中的微粒的稳定性对外界扰动更为敏感，如声波冲击、机械振动、热漂移和气流，捕获空气中的粒子较为空难；且空气中颗粒的相对折射率高于液体中的颗粒，这会导致较大的散射力，将粒子推离稳定的光阱。另外，当气体环境中的两个粒子靠近时，它们通常会受到引力的作用，如比光阱力高几个数量级的范德华力。
3、直到最近技术进步，空气中单个粒子的光学捕获才受到关注和技术发展，产生了几种常见的使微粒发射到捕获区域的方法，如利用商用雾化器、声波发生器、脉冲激光轰击等。然而，此类方法并不适用于从样本中识别并发射选定的微粒，且在捕获后易因其与其他微粒发生碰撞融合等过程而脱离光阱，因此难以实现对同个微粒的多次捕获；且样品室的结构设计往往比较复杂，捕获微粒的等待时间较长，偶然性较高，会对气体介质中的光镊技术的实际应用带来不便。p>
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种实现气体介质中对微球的精确捕获的装置及方法。本专利技术所采用的技术方案如下：
2、一种基于光镊的气体介质中捕获微球的装置，包括微球投送模块、光镊模块、样品台和照明成像模块，其特征在于，微球投送模块用于将微球发射至光阱捕获区域，实现气体介质中对样品腔室内微球的捕获；光镊模块用于产生捕获样品腔室内的微球的捕获激光，从而稳定捕获微球；照明成像模块产生照明光，用于对样品腔室中的捕获微球与样品进行成像；
3、所述微球投送模块用于将微球发射入光阱捕获区域，包括第一夹持板、第二夹持板、压电陶瓷和样品腔室，所述第一夹持板和第二夹持板用于固定压电陶瓷和样品腔室，且第二夹持板与样品台连接；
4、所述光镊模块包括激光器、半波片、自由空间隔离器、准直扩束透镜组、二向色镜和高数值孔径物镜，所述激光器产生捕获激光，捕获激光经过半波片、自由空间隔离器、准直扩束透镜组后产生平行光束，经物镜聚焦形成高度汇聚光束用于稳定捕获微球；
5、所述照明成像模块包括照明光源、柯勒照明透镜组、分束镜、聚光镜、反射镜、滤光片和成像相机，用于对已捕获微球和样品面进行成像。
6、进一步的，第二夹持板设置有磁石，通过磁石吸附在样品台上。
7、进一步的，所述样品腔室包括玻璃基底、微球和盖玻片，所述微球尺寸为直径5～20μm，所述玻璃基底厚度为0.17-0.50mm，所述玻璃基底和盖玻片通过封口膜进行连接。
8、进一步的，所述自由空间隔离器包括输入偏振光学元件、法拉第旋光器和输出偏振光学元件，用于防止激光器受到反射光干扰的影响。
9、进一步的，所述准直扩束透镜组包括第一平凸透镜和第二平凸透镜，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜的平面相对，用于将激光器发射的捕获激光扩束并准直入射到物镜上。
10、进一步的，所述柯勒照明透镜组包括第三平凸透镜、光阑和第四平凸透镜，所述第三平凸透镜和第四平凸透镜的凸面相对，用于产生均匀的平行光照明。
11、进一步的，所述激光器为波长为1064nm的二极管泵浦单模连续掺镱光纤激光器。
12、进一步的，所述高数值孔径物镜为放大倍数为60倍且数值孔径为0.8的干物镜。
13、采用所述装置实现的气体介质中捕获微球的方法，包括以下步骤：
14、(1)构筑微球投送模块，将微量干燥的微球置于玻璃基底上，通过封口膜在其之上粘接盖玻片，完成样品腔室，并将样品腔室置于压电陶瓷上，通过第一夹持板与第二夹持板固定；
15、(2)将微球投送模块置于样品台上将微球投送模块与样品台连接；
16、(3)打开照明光源，调节样品台，使成像相机能够清晰成像玻璃基底上的微球；
17、(4)驱动压电陶瓷振动，通过扫频找到使微球振动的最佳电压输入频率与幅值，关闭压电陶瓷振动信号源；
18、(5)打开激光器，设置激光出射功率，使捕获激光通过半波片、自由空间隔离器、准直扩束透镜组和二向色镜后到达物镜；
19、(6)将光阱中心移动到待捕获微球附近；
20、(7)设置驱动压电陶瓷的频率与幅值，驱动压电陶瓷振动，使微球脱离玻璃基底并实现捕获成像；
21、(8)关闭压电陶瓷振动信号源。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
23、本专利技术利用压电陶瓷作为微球投送方式，可以控制投送微球在一定高度区间，通过照明成像模块，可以实现对于指定微球的精确捕获；相较于常见的气体介质捕获方式，可实现对于同一微球的可选择性与重复性捕获，捕获效率较高；通过更换微球并进行频率扫描，可实现直径5～20μm的不同材质微球的捕获；光镊系统、微球投送装置与成像光路结合，实现了一种简单快速的实时成像方案，且样品腔室与压电陶瓷紧密连接，同时作为捕获腔室，相较于常见的样品室，装置整体体积小，成本低，且操作简单，提高了本专利技术在微球捕获操控领域及成像领域的实用性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于光镊的气体介质中捕获微球的装置，包括微球投送模块、光镊模块、样品台和照明成像模块，其特征在于，微球投送模块用于将微球发射至光阱捕获区域，实现气体介质中对样品腔室内微球的捕获；光镊模块用于产生捕获样品腔室内的微球的捕获激光，从而稳定捕获微球；照明成像模块产生照明光，用于对样品腔室中的捕获微球与样品进行成像；
2.根据权利要求1所述的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，第二夹持板设置有磁石，通过磁石吸附在样品台上。
3.根据权利要求1所述的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述样品腔室包括玻璃基底、微球和盖玻片，所述微球尺寸为直径5～20μm，所述玻璃基底厚度为0.17-0.50mm，所述玻璃基底和盖玻片通过封口膜进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于光镊的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述自由空间隔离器包括输入偏振光学元件、法拉第旋光器和输出偏振光学元件，用于防止激光器受到反射光干扰的影响。
5.根据权利要求1所述的一种基于光镊的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述准直扩束透镜组包括第一平凸透镜和
6.根据权利要求1所述的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述柯勒照明透镜组包括第三平凸透镜、光阑和第四平凸透镜，所述第三平凸透镜和第四平凸透镜的凸面相对，用于产生均匀的平行光照明。
7.根据权利要求1所述的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述激光器为波长为1064nm的二极管泵浦单模连续掺镱光纤激光器。
8.根据权利要求1所述的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述高数值孔径物镜为放大倍数为60倍且数值孔径为0.8的干物镜。
9.采用权利要求1至7任意一项所述的装置实现的气体介质中捕获微球的方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光镊的气体介质中捕获微球的装置，包括微球投送模块、光镊模块、样品台和照明成像模块，其特征在于，微球投送模块用于将微球发射至光阱捕获区域，实现气体介质中对样品腔室内微球的捕获；光镊模块用于产生捕获样品腔室内的微球的捕获激光，从而稳定捕获微球；照明成像模块产生照明光，用于对样品腔室中的捕获微球与样品进行成像；
2.根据权利要求1所述的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，第二夹持板设置有磁石，通过磁石吸附在样品台上。
3.根据权利要求1所述的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述样品腔室包括玻璃基底、微球和盖玻片，所述微球尺寸为直径5～20μm，所述玻璃基底厚度为0.17-0.50mm，所述玻璃基底和盖玻片通过封口膜进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于光镊的气体介质中捕获微球的装置，其特征在于，所述自由空间隔离器包括输入偏振光学元件、法拉第旋光器和输出偏振光学元件，用于防止激...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。