专利名称：利用光学力将胶粒分成多个通道棱镜光学分离的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的用于粒子的受控分离的方法和系统。本发明尤其涉及ー种通过棱镜光学分离分类胶粒和其 它粒子的方法和系统。
背景技术：
在周期性力场中的被驱动的布朗物体的运动已广泛研究了半个世纪，不仅因为其内在价值，而且因为其与不同的物理现象的密切关系，所述物理现象比如为电荷在约瑟夫森结中的传输和化学反应的动力学。大部分研究集中于ー维系统中的偏扩散，为场提供原型的倾斜的防波板问题。甚至这种深入研究的模型继续创造惊喜，最近发现，对于防波板少量捕获的粒子，热扰动显著增加。因为被驱动的粒子享有选择其穿过受カ图景的路线的额外的自由，所以更高维度的系统具有基本上更丰富的现象论。カ场本身可以具有包括多维对称性的更丰富多样的特性和产生有趣的非平衡效果的螺线管形部件。因为粒子可以围绕障碍物移动，所以受カ图景甚至可以包括难以逾越的障碍。仍未完全理解布朗粒子如何找到其穿过这种结构化地形的道路。
发明内容
棱镜光学分离提供了ー种分类胶粒的实用方法，该方法提供非常有利的分辨率和以前不可用的分类形式。为光学图景提供设计标准，光学图景实施特定的分类协议并掲示实际偏离理想模型的衍生結果。以下附图示出优选实施方式的所选择的方面，下文将更详细地描述。
图I示出根据在恒力F。(ap，np)下以角度Θ移动穿过正方形的光阱阵列的具有固定折射率np的球体的粒径变化的锁定方向；图2A示出用于在光学分离期间跟踪和表征粒子的结合的全息光学捕获和全息视频显微镜系统；图2B示出在图2A的显微镜的焦平面中拍摄的103个全息光镊的图像且还示出粒子的轨迹；图2(示出在与图2B相同的视场中的I. 5 μ m直径的ニ氧化硅球体的标准化全息图像，其中的插图(右上方)示出与概述的球体的全息图像的洛伦兹-米氏(Lorenz-Mie)理论的拟合；
图3A (I广图3C (3)示出按照半径为ap且折射率为np的粒子的概率密度P (ap，np)不出的单分散的胶状ニ氧化娃球体的闻分辨率的光学分尚；图3A (I)不出用于输入分布的生物分散的ニ氧化硅粒子；图3A (2)示出沿[11]方向的ニ氧化硅的分布；图3A (3)示出沿[10]方向偏转至顶点的分布；图3B (I)示出输入区域中的被分到较小的低指数部分的单分散的ニ氧化硅样本的分布；图3B (2)示出侧面区域中的较大的高指数粒子部分；图3B (3)示出顶点区域的分布，虚曲线为沿[10]方向的阵列的少量锁定条件IiJap)(注意在图3B (I)、图3B (2)和图3B (3)中的甸幅图中，绘制的正方形为环形,其指不四种有代表性的球体的属性，在图2B中绘制了这些球体的轨迹)；图3C (I)示出在输入区域的单分散的聚苯こ烯样本的分布；图3C (2)示出沿[11]方向的侧面分布；以及图3C (3)示出沿[10]方向偏转至顶点的分布；图4A示出从左到右流经阵列的 粒子的计算的概率密度；图4B示出输入区域中的球体的折射率和半径的分布，选择这些折射率和半径以模拟实验观察的样本；图4C示出侧面区域中的输出分布；以及图4D示出顶点区域中的输出分布；以及图5A示出当粒子流经设计为实现棱镜光学分离的光阱阵列时经历棱镜光学分离的粒子的计算的概率密度。根据粒子的尺寸ap和折射率np将最初混合的样本分为4个空间上分开的部分。将最初混合的样本的不同组分分为4个方向类别[10]、[21]、[31]和未偏转。各个光阱显示为本地概率最大值。图5B示出由穿过阵列的平均传输方向描黑的粒子属性ap和np的分布图。虚曲线示出预测的不同锁定传输条件之间的转变分界线，其完全符合仿真結果。图5A的显色性示出按照穿过光阱阵列的轨迹的锁定方向着色的粒子通过棱镜光学分离所计算的概率密度；将输出分为4个方向类别[10]、[21]、[31]和未偏转；各个光阱显示为本地概率最大值；图5B的显色性示出按照穿过阵列的平均传输方向着色的粒子属性ap和np的分布图。红色[10]，绿色[21]，青色[31]，蓝色未偏转。图6示出用于实现本申请所描述的系统和方法的计算机系统。
具体实施例方式在本发明的一个优选形式中，将光阱模拟为胶粒的势能阱。移动穿过非均匀光场的胶粒(例如球体)所经历的光学力取决于粒子的半径Bp和折射率np。将光阱阵列中的第j个光阱模拟为三维高斯阱，
( 2 ΛV (r\a , ) = -V0 (ap,n ) exp -(I)
v^ 2σ (ap)J其深度为，もろ)=為き{2)且该深度取决于粒子与聚焦光束的相互作用的強度，其范围通过以下表达式而取决于粒子尺寸，
「 π 、2 (0.6UV(、σ'Cai,) = ^+[(3)
其中，NA为将光聚到焦点的透镜的数值孔径。这里，m=np/nm为针对真空波长λ的光的粒子的折射率ηρ相对于介质的折射率rvp为向光阱供电的激光束的功率，c为真空中的光速。集中在位置！^处的N个相同的光阱的阵列因此产生图景，
权利要求
1.一种用于粒子的受控分离的方法，该方法包括 提供具有多个粒子的样本，所述粒子具有不同的尺寸分布； 准备具有选定的阵列晶格常数的均匀的光阱阵列； 以驱动方向角 将所述多个粒子输入到所述均匀的光阱阵列；以及 根据可变的粒子属性，沿不同的方向 v分离所述多个粒子。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述可变的粒子属性包括第一属性和另一属性中的至少一个，其中，将第一粒子不偏转地穿过所述光阱阵列，并将另一粒子在范围AQv1内沿方向^偏转。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一属性主要包括为太小而不能被偏转的尺寸，从而继续沿着驱动方向 V。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述另一属性包括为较大的粒子尺寸和在所述范围AQv1R沿所述方向I偏转。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述另一属性包括仍为较大的粒子尺寸和在范围A V2内沿方向I偏转。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述另一属性包括导致在范围A V3内沿方向小3偏转的折射率np。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述折射率包括复折射率。
8.如权利要求I所述的方法，其中，修改所述选定的阵列晶格常数以调节方向V。
9.如权利要求I所述的方法，其中，修改所述驱动方向角以调节方向V。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述复折射率包括
11.一种用于粒子的受控分离的系统，所述粒子具有多个属性，该系统包括 光阱阵列，所述光阱阵列具有选定的阵列晶格常数，所述选定的阵列晶格常数被确定成按照所述粒子的多个属性中的至少一个属性偏转所述粒子。
12.如权利要求I所述的方法，还包括计算机和用于执行准备均匀的光阱阵列的步骤的嵌入式计算机软件。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述晶格常数包括至少一个值。
14.如权利要求12所述的系统，其中，所述晶格常数包括至少两个不同的值沿所述阵列的一个方向的一个晶格常数值和沿所述阵列的另一方向的另一个晶格常数值。
15.如权利要求11所述的系统，其中，所述光阱阵列是均匀排布的。
16.如权利要求11所述的系统，其中，所述光阱阵列具有选定的有效的光学和势能特性，所述特性与粒子折射率相互作用，从而导致相关联的偏转。
17.如权利要求15所述的系统，其中，有效的光学特性和势能包括所述光阱的选定的势能深度。
18.如权利要求11所述的系统，还包括用于执行计算机软件以控制所述光阱阵列的计算机。
19.一种永久的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括可通过其上的硬件处理装置访问的用于具有多个属性的粒子的受控分离的指令，其中，当所述处理装置执行所述指令时，所述处理装置配置为生成全息图以产生具有选定的阵列晶格常数的光阱阵列，所述 选定的晶格常数被确定成按照所述粒子的多个属性中的至少一个属性偏转所述粒子。
全文摘要
一种用于粒子的受控分离的方法和系统。样本具有多个不同尺寸分布的粒子。用于制备光阱的均匀的阵列具有选定的阵列晶格常数。多个粒子，以驱动方向角将多个粒子输入到均匀的光阱阵列，且根据可变的粒子属性沿不同方向分离多个粒子。
文档编号G01N15/14GK102753954SQ201080063305
公开日2012年10月24日 申请日期2010年12月21日 优先权日2009年12月22日
发明者大卫·G·格里尔, 萧科 申请人:纽约大学