一种微管和光镊测控系统的制作方法

一种微管和光镊测控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种微管和光镊测控系统，属于激光【技术领域】。所述微管和光镊测控系统包括样品池，所述微颗粒物在所述样品池内动作；样品动作装置，所述样品动作装置与所述样品池连接；第一光阱装置，所述第一光阱装置用于捕获控制所述样品池内的微颗粒物；所述第一光阱装置包括第一激光机构、第一监测机构及第一显微机构；第二光阱装置，所述第二光阱装置与所述第一光阱装置相对称；成像装置，所述成像装置拍摄所述样品池内的图像；中央处理器，所述中央处理器与所述监测装置连接，用于实时监测激光的位置及强度。本发明微管和光镊测控系统采用对称的双光阱系统，空间分辨率、时间分辨率及测力精度高。
【专利说明】一种微管和光镊测控系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光【技术领域】，特别涉及一种微管和光镊测控系统。

【背景技术】
[0002] 近年来，显微操控和精密测量技术快速发展，逐渐细化到纳米或者说单个分子的 水平。在生物和物理交叉学科领域，代表性的单分子测控设备有：玻璃微管、原子力显微镜、 光镊、磁镊等。其中，光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光 场与微颗粒物相互作用时形成的光学势阱来俘获微颗粒物。光镊对微颗粒物的俘获及挟持 具有无机械接触、无损伤的特性。微颗粒物可以是微珠、细胞等。这也使得光镊技术在细胞 分离、细胞融合等生物医学及生物转基因【技术领域】颇受青睐。玻璃微管能够以机械方式直 接吸附微颗粒物，并控制其运动，具有原理相对简单的优点。
[0003] 常用光镊系统使用单个光阱来捕捉和操控微颗粒物，不容易保证微颗粒物的平 衡，测量误差较大；对微颗粒物施加的力较小；微颗粒物还要有较好的透光性才能形成光 阱。多光阱则光路复杂，对光学器件要求高，造价高昂。已出现的玻璃微管与光镊并用装 置，样品池不封闭，只能采用一种溶液，难以适应多反应物的实验；溶液容易蒸发，不利于长 时间实验；而且力阱不稳定，测量精度有限。


【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种空间分辨率、时间分辨率及测力精度高的 微管和光镊测控系统。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种微管和光镊测控系统，用于操控与监测 实验溶液内的微颗粒物；所述测控系统包括样品池，所述微颗粒物在所述样品池内；样品 动作装置，所述样品动作装置与所述样品池连接，所述样品动作装置带动所述样品池动作， 用于控制所述样品池在三维方向的移动；第一光阱装置，所述第一光阱装置用于捕获控制 所述样品池内的微颗粒物；其中，所述第一光阱装置包括第一激光机构，所述第一激光机构 发射的激光通过所述显微机构照射到所述样品池，用于捕捉所述样品池内的微颗粒物；第 一监测机构，所述第一监测机构接收所述第一激光机构发射的激光，用于测量激光的精确 位置及强度；第一显微机构，所述激光通过所述第一显微机构照射在所述微颗粒物上，在所 述微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微颗粒物；第二光阱装置，所述第二光阱装置 与所述第一光阱装置相对称，所述第二光阱装置与第一光阱装置反向叠加，一起捕获控制 所述样品池内的微颗粒物；其中，第二光阱装置包括：第二激光机构，所述第二激光机构发 射的激光照射到所述样品池，用于捕捉所述样品池内的微颗粒物；第二监测机构，所述第二 监测机构接收所述第二激光机构发射的激光，用于测量激光的精确位置及强度；第二显微 机构，所述激光通过所述第二显微机构照射在所述微颗粒物上，在所述微颗粒物的折射下 形成光阱，用于控制所述微颗粒物；成像装置，所述成像装置拍摄所述样品池内的图像，用 于观察光阱及微颗粒物；中央处理器，所述中央处理器与所述监测装置连接，用于实时监测 激光的位置及强度；所述中央处理器与所述成像装置连接，用于接收所述成像装置拍摄的 图像；所述中央处理器与所述样品动作装置连接，用于控制所述样品动作装置动作；所述 中央处理器与所述第一光阱装置及第二光阱装置连接，控制所述第一光阱装置及第二光阱 装置动作。
[0006] 进一步地，样品池包括承载部件，所述承载部件与所述样品动作装置连接，所述样 品动作装置带动所述承载部件动作；溶液腔部件，所述溶液腔部件及注射部件设置在所述 承载部件上；注射部件，所述注射部件插入所述溶液腔部件内，用负压吸附所述溶液腔部件 内的微颗粒物；进液管，所述进液管与溶液腔部件一端连接；出液管，所述出液管与溶液腔 部件一连接。
[0007] 进一步地，所述承载部件包括金属框架；所述金属框架与所述样品动作装置连接， 所述样品动作装置带动所述金属框架动作；所述溶液腔部件及注射部件设置在所述金属框 架上；金属栓，所述金属栓与所述金属框架连接。
[0008] 进一步地，所述溶液腔部件包括第一溶液腔；所述第一溶液腔的第一进液口与进 液管连接，所述含有微颗粒物的实验溶液通过所述第一进液口进入所述第一溶液腔；所述 第一溶液腔的第一出液口与所述出液管连接；第二溶液腔，所述第二溶液腔的第二进液口 与进液管连接，所述含有微颗粒物的实验溶液通过所述第二进液口进入所述第二溶液腔； 所述第二溶液腔的第二出液口与所述出液管连接；第三溶液腔，所述第三溶液腔的第三进 液口与进液管连接，含有微颗粒物的实验溶液通过所述第三进液口进入所述第三溶液腔； 所述第三溶液腔的第三出液口与所述出液管连接；第一腔间导管，所述第一溶液腔通过所 述第一腔间导管与所述第二溶液腔连接，所述第一溶液腔内的微颗粒物通过所述第一腔间 导管进入所述第二溶液腔；第二腔间导管，所述第三溶液腔通过所述第二腔间导管与所述 第二溶液腔连接，所述第三溶液腔内的微颗粒物通过所述第二腔间导管进入所述第二溶液 腔。
[0009] 进一步地，所述注射部件包括玻微管，所述玻璃微管插入所述第二溶液腔；导液 管，所述导液管设置在所述承载部件上；所述导液管与所述玻璃微管连接；注射器，所述注 射器通过所述导液管与所述玻璃微管连接；所述注射器通过所述玻璃微管在所述第二溶液 腔内以负压吸附微颗粒物；压管玻片，所述压管玻片设置在所述导液管上，防止所述导液管 与所述玻璃微管脱离。
[0010] 进一步地，所述样品动作装置包括位移电机所述位移电机与所述样品池连接，用 于带动所述样品池动作；所述中央处理器与所述位移电机连接，用于控制所述位移电机动 作。
[0011] 进一步地，所述第一激光机构包括扭摆器，所述扭摆器与所述中央处理器连接，所 述中央处理器控制所述扭摆器动作；光纤，所述光纤设置在所述扭摆器内，所述扭摆器改变 所述光纤位置；激光器所述激光器的激光通过所述光纤投射到所述分光片上；分光片，所 述分光片将激光器发射的激光进行分光。。
[0012] 进一步地，所述第一监测机构包括第一位置探测器，所述第一位置探测器接收所 述第一激光机构发射的激光，用于实时测量激光的精确位置；所述第一位置探测器与所述 中央处理器连接，用于将实时测量的激光的位置信号发送到所述中央处理器；第二位置探 测器，所述第二位置探测器接收所述第一激光机构发射的形成光阱后的激光，实时测量激 光位置，用于标度微颗粒物的位置；所述第二位置探测器与所述中央处理器连接，用于将微 颗粒物的位置信号发送到所述中央处理器；光瞳光度计，所述光瞳光度计接收所述第一激 光机构发射的形成光讲后的激光，实时测量激光强度，用于标度光讲力的大小；所述光瞳光 度计与所述中央处理器连接，用于将所述光阱力大小的信号传递给所述中央处理器。
[0013] 进一步地，所述第一显微机构包括凸透镜，所述第一激光机构发射的激光通过所 述凸透镜照射到所述监测机构；偏振分束器；所述第一激光机构发射的激光依次通过所述 偏振分束器；四分之一玻片，通过所述偏振分束器的激光穿过所述四分之一玻片；物镜，通 过所述四分之一玻片的激光穿过所述物镜聚焦在所述样品池。
[0014] 进一步地，所述成像装置包括光源，所述光源通过所述第一显微机构照射在所述 样品池内；摄像机，所述摄像机接收所述光源通过所述第一显微机构投射过来的样品池内 的图像；所述中央处理器与所述摄像机连接，用于接收所述摄像机拍摄的图像。
[0015] 本发明提供的微管和光镊测控系统的样品池，微颗粒物在样品池内动作，样品动 作装置与样品池连接，样品动作装置带动样品池动作，用于控制所述样品池在三维方向的 移动，第一光阱装置用于捕获控制样品池内的微颗粒物，第一光阱装置包括第一激光机构、 第一监测机构及第一显微机构，第一激光机构发射的激光通过第一显微机构照射到样品 池，用于捕捉样品池内的微颗粒物，激光在微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制样品池内 的微颗粒物，第一监测机构接收激光机构发射的激光，用于测量激光的精确位置及强度；第 二光阱装置与第一光阱装置相对称，第二光阱装置与第一光阱装置结构一致，采用对称的 双光阱系统，第二光阱装置与第一光阱装置一起捕捉和控制所述样品池内的微颗粒物，t匕 只用一个光阱操控，作用力更大、操作更稳定；空间分辨率、时间分辨率及测力精度高；成 像装置拍摄样品池内的图像，用于观察光阱及微颗粒物，中央处理器与监测装置连接，用于 实时监测激光的位置及强度，中央处理器与成像装置连接，用于接收所述成像装置拍摄的 图像，中央处理器与样品动作装置连接，用于控制样品动作装置的动作。

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例提供的微管和光镊测控系统的结构示意图；
[0017] 图2为本发明实施例提供的样品池的结构示意图；
[0018] 图3为本发明实施例提供的实验分子在样品池的示意图。

【具体实施方式】
[0019] 本发明提供的微管和光镊测控系统的样品池，微颗粒物在样品池内动作，样品动 作装置与样品池连接，样品动作装置带动样品池动作，用于控制所述样品池在三维方向的 移动，第一光阱装置用于捕获控制样品池内的微颗粒物，第一光阱装置包括第一激光机构、 第一监测机构及第一显微机构，第一激光机构发射的激光通过第一显微机构照射到样品 池，用于捕捉样品池内的微颗粒物，激光在微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制样品池内 的微颗粒物，第一监测机构接收激光机构发射的激光，用于测量激光的精确位置及强度；第 二光阱装置与第一光阱装置相对称，第二光阱装置与第一光阱装置结构一致，采用对称的 双光阱系统，第二光阱装置与第一光阱装置一起捕捉和控制所述样品池内的微颗粒物，t匕 只用一个光阱操控，作用力更大、操作更稳定；空间分辨率、时间分辨率及测力精度高；成 像装置拍摄样品池内的图像，用于观察光阱及微颗粒物，中央处理器与监测装置连接，用于 实时监测激光的位置及强度，中央处理器与成像装置连接，用于接收所述成像装置拍摄的 图像，中央处理器与样品动作装置连接，用于控制样品动作装置的动作
[0020] 实施例一
[0021] 参见图1，本发明实施例提供的一种微管和光镊测控系统，用于操控与监测实验溶 液内的微颗粒物；所述测控系统包括：
[0022] 样品池10,所述微颗粒物在所述样品池10内动作；
[0023] 样品动作装置，所述样品动作装置与所述样品池10连接，所述样品动作装置带动 所述样品池动作，用于控制所述样品池10在三维方向的移动；
[0024] 第一光阱装置，所述第一光阱装置用于捕获控制所述样品池10内的微颗粒物；其 中，所述第一光阱装置包括：
[0025] 第一激光机构，所述第一激光机构发射的激光通过所述显微机构照射到所述样品 池10,用于捕捉所述样品池10内的微颗粒物；
[0026] 第一监测机构，所述第一监测机构接收所述第一激光机构发射的激光，用于测量 激光的精确位置及强度；
[0027] 第一显微机构，所述激光通过所述第一显微机构照射在所述微颗粒物上，在所述 微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微颗粒物；
[0028] 第二光阱装置，所述第二光阱装置与所述第一光阱装置相对称，所述第二光阱装 置与第一光阱装置反向叠加，一起捕获控制所述样品池内的微颗粒物；其中，第二光阱装置 包括：
[0029] 第二激光机构，所述第二激光机构发射的激光照射到所述样品池10,用于捕捉所 述样品池10内的微颗粒物；
[0030] 第二监测机构，所述第二监测机构接收所述第二激光机构发射的激光，用于测量 激光的精确位置及强度；
[0031] 第二显微机构，所述激光通过所述第二显微机构照射在所述微颗粒物上，在所述 微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微颗粒物；
[0032] 成像装置，所述成像装置拍摄所述样品池10内的图像，用于观察光阱及微颗粒 物；
[0033] 中央处理器，所述中央处理器与所述监测装置连接，用于实时监测激光的位置及 强度；所述中央处理器与所述成像装置连接，用于接收所述成像装置拍摄的图像；所述中 央处理器与所述样品动作装置连接，用于控制所述样品动作装置动作；所述中央处理器与 所述第一光阱装置及第二光阱装置连接，控制所述第一光阱装置及第二光阱装置动作。 [0034] 为了更清楚的介绍本发明实施例，下面从各个部件予以说明。
[0035] 首先，介绍样品池；
[0036] 参见图2,所述样品池10内有所述微颗粒物；样品池10包括进液管17、出液管18、 溶液腔部件、承载部件及注射部件。溶液腔部件一端与所述进液管17连接，另一端与所述 出液管18连接；溶液腔部件包括第一溶液腔19、第二溶液腔20、第一腔间导管22、第二腔 间导管34及第三溶液腔21 ;所述第一溶液腔19的第一进液口 23与进液管17连接，所述含 有微颗粒物的实验溶液通过所述第一进液口 23进入所述第一溶液腔19 ;所述第一溶液腔 19的第一出液口 26与所述出液管18连接；所述第二溶液腔20的第二进液口 24与进液管 17连接，所述含有微颗粒物的实验溶液通过所述第二进液口 24进入所述第二溶液腔20 ;所 述第二溶液腔20的第二出液口 27与所述出液管18连接；所述第三溶液腔21的第三进液 口 25与进液管17连接，所述含有微颗粒物的实验溶液通过所述第三进液口 25进入所述第 三溶液腔21 ;所述第三溶液腔21的第三出液口 28与所述出液管18连接；所述第一溶液腔 19通过所述第一腔间导管22与所述第二溶液腔20连接，第一容液腔中的微颗粒物可以通 过所述第一腔间导管22进入所述第二溶液腔20 ;所述第三溶液腔21通过所述第二腔间导 管34与所述第二溶液腔20连接，第三容液腔中的微颗粒物通过所述第二腔间导管34进入 所述第二溶液腔20。所述溶液腔部件及注射部件设置在所述承载部件上；所述承载部件与 所述样品动作装置连接，所述样品动作装置带动所述承载部件动作；承载部件包括金属框 架29及金属栓33 ;所述金属框架29与所述金属栓33连接；所述金属框架29与所述样品 动作装置连接，所述样品动作装置带动所述金属框架29动作；所述溶液腔部件及注射部件 设置在所述金属框架29上。所述注射部件插入所述溶液腔部件内，用负压吸附所述溶液腔 部件内的微颗粒物；注射部件包括注射器32、导液管31、玻璃微管11及压管玻片30 ;所述 注射器32通过所述导液管31与所述玻璃微管11连接；所述玻璃微管11插入所述第二溶 液腔20 ;所述注射器31通过所述玻璃微管11在所述第二溶液腔20内以负压吸附微颗粒 物；所述导液管31设置在所述承载部件上；所述压管玻片30设置在所述导液管31上，防止 所述导液管31与所述玻璃微管11脱离。
[0037] 然后，介绍样品动作装置；
[0038] 所述样品动作装置与所述样品池连接，所述样品动作装置带动所述样品池动作， 用于控制所述样品池在三维方向的移动；所述样品动作装置包括位移电机12 ;所述位移电 机12与所述样品池10连接，用于带动所述样品池10动作；所述中央处理器与所述位移电 机12连接，用于控制所述位移电机12动作。
[0039] 其次，介绍第一光阱装置；
[0040] 所述第一光阱装置用于捕获控制所述样品池内的微颗粒物；所述第一光阱装置包 括第一激光机构、第一监测机构及第一显微机构，第一激光机构包括激光器1、光纤2、扭摆 器3及分光片4 ;所述光纤2设置在所述扭摆器3内，所述扭摆器3改变所述光纤2位置；所 述激光器1的激光通过所述光纤2投射到所述分光片4上；所述扭摆器3与所述中央处理器 连接，所述中央处理器控制所述扭摆器3动作。第一激光机构发射的激光通过第一显微机 构照射到所述样品池，激光在微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制样品池内的微颗粒物， 第一显微机构包括凸透镜5、偏振分束器7、四分之一玻片8及物镜9 ;所述第一激光机构发 射的激光依次通过所述偏振分束器7、四分之一玻片8及物镜9聚焦在所述样品池10 ;所述 第一激光机构发射的激光通过所述凸透镜5照射到所述监测机构。第一监测机构接收第一 激光机构发射的激光，用于测量激光的精确位置及强度；第一监测机构包括第一位置探测 器6、第二位置探测器14及光瞳光度计13 ;所述第一位置探测器6接收所述第一激光机构 发射的激光，用于实时测量激光的精确位置；所述第一位置探测器6与所述中央处理器连 接，用于将实时测量激光的精确位置信号发送到所述中央处理器；所述第二位置探测器14 接收所述第一激光机构发射的形成光阱后的激光，实时测量激光位置，用于标度微颗粒物 的位置；所述第二位置探测器14与所述中央处理器连接，用于将微颗粒物的位置信号发送 到所述中央处理器；所述光瞳光度计13接收所述第一激光机构发射的形成光阱后的激光， 实时测量激光强度，用于标度光阱力的大小；所述光瞳光度计13与所述中央处理器连接， 用于将所述光阱力大小的信号传递给所述中央处理器。
[0041] 接着，介绍第二光阱装置；
[0042] 所述第二光阱装置与所述第一光阱装置相对称，并与第一光阱装置反向叠加，一 起捕捉和控制所述样品池内的微颗粒物。第二光阱装置用于捕获控制所述样品池内的微颗 粒物；所述第二光阱装置包括第二激光机构，所述第二激光机构发射的激光照射到所述样 品池10,用于捕捉所述样品池10内的微颗粒物；第二激光机构机构与第一激光机构一致。 第二监测机构，所述第二监测机构接收所述第二激光机构发射的激光，用于测量激光的精 确位置及强度；第二监测机构与第一监测机构结构一致。第二显微机构，所述激光通过所述 第二显微机构照射在所述微颗粒物上，在所述微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制所述 微颗粒物；第二显微机构与敌意显微机构结构一致。
[0043] 继而，介绍成像装置；
[0044] 所述成像装置拍摄所述样品池内的图像，用于观察光阱及微颗粒物；成像装置包 括光源15及摄像机16 ;所述光源15通过所述显微机构照射在所述样品池10内；所述摄像 机16接收所述光源15通过所述显微机构投射过来的样品池10内的图像；所述中央处理器 与所述摄像机16连接，用于接收所述摄像机16拍摄的图像。
[0045] 最后，介绍中央处理器；
[0046] 所述中央处理器与所述监测装置连接，用于实时监测激光的位置及强度；所述中 央处理器与所述成像装置连接，用于接收所述成像装置拍摄的图像；所述中央处理器与所 述样品动作装置连接，用于控制所述样品动作装置动作；所述中央处理器与所述第一光阱 装置及第二光阱装置连接，控制所述第一光阱装置及第二光阱装置动作。
[0047] 实施例二
[0048] 为了更清楚的介绍本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。
[0049] 第一光阱装置的激光器1发射激光，进入光纤2,光纤2设置在扭摆器3内，扭摆 器3可以改变光纤2的位置进而调节激光的位置，中央处理器与扭摆器3连接，控制扭摆器 3动作，从而调整激光发射位置，此时，激光通过分光片4,分成两束，一束经凸透镜5到达第 一位置探测器6,第一位置探测器6实时测量激光的精确位置。另一束激光经过偏振分束器 7、四分之一波片8、物镜9,聚焦到样品池10,经过微颗粒物形成光阱；折射后的激光再依次 穿过第二光阱装置的物镜、四分之一波片、偏振分束器、反射镜、凸透镜、分光片，然后分成 两束；其中一束到达第二位置探测器14,实时测量激光的位置，该位置用来标度微颗粒物 的位置；另一束达到光瞳光度计13,实时测量激光的强度，该强度用来标度光阱力的大小。 第一位置探测器6、第二位置探测器14及光瞳光度计13与中央处理器连接，实时监测激光 的位置和强度，处理数据后可以得到激光对微颗粒物所施加的力和微颗粒物的位移。同时， 启动第二光阱装置，第二光阱装置进行与第一光阱装置同样动作。根据中央处理器得到的 第一位置探测器6、第二位置探测器14及光瞳光度计13的微颗粒物的位移信号，中央处理 器将信号传递给位移电机12,通过控制位移电机12的动作能够精确控制样品池10在三维 方向的移动。启动位移电机12,将样品池10移动到合适位置，可以使样品池10中的微颗粒 物被光阱捕捉和操控。打开样品池10的第一进液口 23、第一出液口 26和第二出液口 27的 阀门，施加液压，通过进液管17把样品溶液加入第一进液口 23,样品中的微颗粒物（例如直 径均为1微米的微珠）流经第一腔间导管22,进入第二溶液腔20。这时注射器32施加负 压并传导到玻璃微管11，负压把附近的一个微珠吸在玻璃微管11管口。然后，关闭第一进 液口 23和第一出液口 26的阀门，打开第三进液口 25和第三出液口 28的阀门，施加液压， 通过进液管17把另一份样品溶液加入第三进液口 25,样品中的微颗粒物（例如直径均为3 微米的微珠）流经第二腔间导管34,进入第二溶液腔20。每份溶液中的微珠大小相同，但 和另一份样品溶液的微珠大小不同，以便于区别。这时，光阱不动，移动样品池10,使样品池 10中的微珠经过光阱并被捕获，再关闭第三进液口 25和第三出液口 28的阀门。之后，移动 样品池10,使光讲和微管在同一个视野，光讲和微管上的两个微珠靠近，两个微珠载有的分 子可以发生反应结合在一起，这样就用分子链把两个微珠连在一起。启动摄像机16及光源 15,摄像机16接收到可见光源15通过显微机构投射过来的样品池10中的图像，并实时地 将接收到的图像传输到中央处理器，用于观测光阱和样品，并为操作提供信息，参见图3,摄 像机16拍摄的图像在中央处理器上显示的画面，玻璃微管11通过液体负压吸住较小微颗 粒物，双光阱捕捉并操控较大微颗粒物，这两个微颗粒物之间连接有分子链，利用光阱和微 管来操控微颗粒物，就能实现对分子及其反应的操控、观察和测量，例如可测量位移、力、时 间、化学反应参数等。
[0050] 综上所述，本发明实施例提供的一种微管和光镊测控系统具有如下技术效果。
[0051] 本发明提供的微管和光镊测控系统的样品池，微颗粒物在样品池内动作，样品动 作装置与样品池连接，样品动作装置带动样品池动作，用于控制所述样品池在三维方向的 移动，第一光阱装置用于捕获控制样品池内的微颗粒物，第一光阱装置包括第一激光机构、 第一监测机构及第一显微机构，第一激光机构发射的激光通过第一显微机构照射到样品 池，用于捕捉样品池内的微颗粒物，激光在微颗粒物的折射下形成光阱，用于控制样品池内 的微颗粒物，第一监测机构接收激光机构发射的激光，用于测量激光的精确位置及强度；第 二光阱装置与第一光阱装置相对称，第二光阱装置与第一光阱装置结构一致，采用对称的 双光阱系统，第二光阱装置与第一光阱装置一起捕捉和控制所述样品池内的微颗粒物，t匕 只用一个光阱操控，作用力更大、操作更稳定；空间分辨率、时间分辨率及测力精度高；成 像装置拍摄样品池内的图像，用于观察光阱及微颗粒物，中央处理器与监测装置连接，用于 实时监测激光的位置及强度，中央处理器与成像装置连接，用于接收所述成像装置拍摄的 图像，中央处理器与样品动作装置连接，用于控制样品动作装置的动作。
[0052] 最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖 在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种微管和光镊测控系统，用于操控与监测实验溶液内的微颗粒物；其特征在于， 所述测控系统包括： 样品池（10)，所述微颗粒物在所述样品池（10)内； 样品动作装置，所述样品动作装置与所述样品池（10)连接，所述样品动作装置带动所 述样品池（10)动作，用于控制所述样品池（10)在三维方向的移动； 第一光阱装置，所述第一光阱装置用于捕获控制所述样品池（10)内的微颗粒物；其 中，所述第一光阱装置包括： 第一激光机构，所述第一激光机构发射的激光通过所述显微机构照射到所述样品池 (10)，用于捕捉所述样品池（10)内的微颗粒物； 第一监测机构，所述第一监测机构接收所述第一激光机构发射的激光，用于测量激光 的精确位置及强度； 第一显微机构，所述激光通过所述第一显微机构照射在所述微颗粒物上，在所述微颗 粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微颗粒物； 第二光阱装置，所述第二光阱装置与所述第一光阱装置相对称，所述第二光阱装置与 第一光阱装置反向叠加，一起捕获控制所述样品池内的微颗粒物；其中，第二光阱装置包 括： 第二激光机构，所述第二激光机构发射的激光照射到所述样品池（10)，用于捕捉所述 样品池（10)内的微颗粒物； 第二监测机构，所述第二监测机构接收所述第二激光机构发射的激光，用于测量激光 的精确位置及强度； 第二显微机构，所述激光通过所述第二显微机构照射在所述微颗粒物上，在所述微颗 粒物的折射下形成光阱，用于控制所述微颗粒物； 成像装置，所述成像装置拍摄所述样品池（10)内的图像，用于观察光阱及微颗粒物； 中央处理器，所述中央处理器与所述监测装置连接，用于实时监测激光的位置及强度； 所述中央处理器与所述成像装置连接，用于接收所述成像装置拍摄的图像；所述中央处理 器与所述样品动作装置连接，用于控制所述样品动作装置动作；所述中央处理器与所述第 一光阱装置及第二光阱装置连接，控制所述第一光阱装置及第二光阱装置动作。
2. 根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，样品池包括： 承载部件，所述承载部件与所述样品动作装置连接，所述样品动作装置带动所述承载 部件动作； 溶液腔部件，所述溶液腔部件及注射部件设置在所述承载部件上； 注射部件，所述注射部件插入所述溶液腔部件内，用负压吸附所述溶液腔部件内的微 颗粒物； 进液管（17)，所述进液管（17)与溶液腔部件一端连接； 出液管（18)，所述出液管（18)与溶液腔部件一端连接。
3. 根据权利要求2所述的测控装置，其特征在于，所述承载部件包括： 金属框架（29);所述金属框架（29)与所述样品动作装置连接，所述样品动作装置带动 所述金属框架（29)动作；所述溶液腔部件及注射部件设置在所述金属框架（29)上； 金属栓（33)，所述金属栓（33)与所述金属框架（29)连接。
4. 根据权利要求2所述的测控系统，其特征在于，所述溶液腔部件包括： 第一溶液腔（19);所述第一溶液腔（19)的第一进液口（23)与进液管（17)连接，所述 含有微颗粒物的实验溶液通过所述第一进液口（23)进入所述第一溶液腔（19);所述第一 溶液腔（19)的第一出液口（26)与所述出液管（18)连接； 第二溶液腔（20)，所述第二溶液腔（20)的第二进液口（24)与进液管（17)连接，所述 含有微颗粒物的实验溶液通过所述第二进液口（24)进入所述第二溶液腔（20);所述第二 溶液腔（20)的第二出液口（27)与所述出液管（18)连接； 第三溶液腔（21)，所述第三溶液腔（21)的第三进液口（25)与进液管（17)连接，含有 微颗粒物的实验溶液通过所述第三进液口（25)进入所述第三溶液腔（21);所述第三溶液 腔（21)的第三出液口（28)与所述出液管（18)连接； 第一腔间导管（22)，所述第一溶液腔（19)通过所述第一腔间导管（22)与所述第二溶 液腔（20)连接，所述第一溶液腔（19)内的微颗粒物通过所述第一腔间导管（22)进入所述 第二溶液腔（20); 第二腔间导管（34)，所述第三溶液腔（21)通过所述第二腔间导管（34)与所述第二溶 液腔（20)连接，所述第三溶液腔内（21)的微颗粒物通过所述第二腔间导管（34)进入所述 第二溶液腔（20)。
5. 根据权利要求4所述的测控系统，其特征在于，所述注射部件包括： 玻微管（11)，所述玻璃微管（11)插入所述第二溶液腔（20); 导液管（31)，所述导液管（31)设置在所述承载部件上；所述导液管（31)与所述玻璃 微管（11)连接； 注射器（32)，所述注射器（32)通过所述导液管（31)与所述玻璃微管（11)连接；所述 注射器（31)通过所述玻璃微管（11)在所述第二溶液腔（20)内以负压吸附微颗粒物； 压管玻片（30)，所述压管玻片（30)设置在所述导液管（31)上，防止所述导液管（31) 与所述玻璃微管（11)脱尚。
6. 根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述样品动作装置包括： 位移电机（12);所述位移电机（12)与所述样品池（10)连接，用于带动所述样品池 (10)动作；所述中央处理器与所述位移电机（12)连接，用于控制所述位移电机（12)动作。
7. 根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述第一激光机构包括： 扭摆器（3)，所述扭摆器（3)与所述中央处理器连接，所述中央处理器控制所述扭摆器 (3)动作； 光纤（2)，所述光纤（2)设置在所述扭摆器（3)内，所述扭摆器（3)改变所述光纤（2) 位置； 激光器（1)所述激光器（1)的激光通过所述光纤（2)投射到所述分光片（4)上； 分光片（4)，所述分光片（4)将激光器（1)发射的激光进行分光。
8. 根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述第一监测机构包括： 第一位置探测器￠)，所述第一位置探测器（6)接收所述第一激光机构发射的激光，用 于实时测量激光的精确位置；所述第一位置探测器（6)与所述中央处理器连接，用于将实 时测量的激光的位置信号发送到所述中央处理器； 第二位置探测器（14)，所述第二位置探测器（14)接收所述第一激光机构发射的形成 光阱后的激光，实时测量激光位置，用于标度微颗粒物的位置；所述第二位置探测器（14) 与所述中央处理器连接，用于将微颗粒物的位置信号发送到所述中央处理器； 光瞳光度计（13)，所述光瞳光度计（13)接收所述第一激光机构发射的形成光讲后的 激光，实时测量激光强度，用于标度光阱力的大小；所述光瞳光度计（13)与所述中央处理 器连接，用于将所述光阱力大小的信号传递给所述中央处理器。
9. 根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述第一显微机构包括： 凸透镜（5)，所述第一激光机构发射的激光通过所述凸透镜（5)照射到所述监测机构； 偏振分束器（7);所述第一激光机构发射的激光依次通过所述偏振分束器（7); 四分之一玻片（8)，通过所述偏振分束器（7)的激光穿过所述四分之一玻片（8); 物镜（9)，通过所述四分之一玻片（8)的激光穿过所述物镜（9)聚焦在所述样品池 (10)。
10. 根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于，所述成像装置包括： 光源（15)，所述光源（15)通过所述第一显微机构照射在所述样品池（10)内； 摄像机（16)，所述摄像机（16)接收所述光源（15)通过所述第一显微机构投射过来 的样品池（10)内的图像；所述中央处理器与所述摄像机（16)连接，用于接收所述摄像机 (16)拍摄的图像。
【文档编号】G02B21/32GK104216103SQ201410451626
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】肖波涛, 符青山 申请人:华中科技大学