本发明专利技术公开了一种基于毛细玻璃管装载的微粒转移悬浮方法及装置。本发明专利技术在毛细管前端装载上微粒，利用线性位移台将毛细管固定并移动至势阱附近，利用细线将微粒推出毛细管，微粒被势阱力捕获并实现悬浮。本发明专利技术解决了直径在数十微米至数百微米范围的微粒无法通过喷雾法和振动脱附下落法实现转移悬浮的问题，转移悬浮成功率大于90%，避免了镊子夹持转移方法对微粒的损伤和势阱附近物体与镊子尖端产生空间干涉的问题。将装载微粒的毛细管前端置于光学显微镜下，可精确观测和筛选待悬浮的单个微粒的内部均匀性、面型和尺寸等参数。面型和尺寸等参数。面型和尺寸等参数。
【技术实现步骤摘要】
一种基于毛细玻璃管装载的微粒转移悬浮方法及装置
[0001]本专利技术公开了一种基于毛细玻璃管装载的微粒转移悬浮方法及装置。
技术介绍
[0002]悬浮振子系统采用特定方式形成的势阱来悬浮粒子，被束缚着的粒子在其中的运动可以视为简谐振子。通过将悬浮振子系统处于高度真空状态，使粒子与环境的耦合达到最小化，从而具有最小化热噪声、室温下冷却至基态、极高的品质因素等优势。根据产生束缚力的物体量不同，悬浮振子的势阱可以分为光势阱、电势阱、磁势阱及混合型势阱。
[0003]自1970年美国物理学家Ashkin开创了采用聚焦的激光悬浮玻璃粒子后，这种利用光束悬浮介质球的技术迅速发展，后被命名为光镊。光镊通过将光束高度聚焦形成一个中心势能低、四周势能高的光势阱，介质球靠近势阱时会受到梯度力和散射力而被稳定地捕获。光镊技术的快速发展，使得光势阱可悬浮的介质球大小可以从纳米到几十微米。磁势阱则是利用永磁体产生的磁场和重力相互作用为粒子创造了一个稳定的势阱。这类势阱要求被捕获的粒子具有抗磁性，根据被捕获粒子的抗磁性和永磁体产生的磁场强度，磁势阱的可悬浮粒子尺寸可以从纳米到百微米量级。电势阱则是通过对电极施加电压形成交变电场来束缚带电粒子，可用于悬浮纳米到几百微米尺度的粒子。
[0004]根据微粒的尺寸及特性的不同，悬浮振子系统在生物学和基础物理学等众多领域均有广泛地应用。在生物学方面，悬浮振子被用于捕捉和操纵病毒和细菌、诱导细胞产生应变等，成为了生物学的有利手段。在物理学面，可以实现极弱力、加速度、光动量等物理量的高灵敏度及分辨率的精密测量。其中，亚微米及微米尺度的悬浮振子具备局域化传感优势，悬浮微粒的尺寸越大，可以测得的加速度灵敏度越高，可以应用于惯性导航、重大资源勘探、地址灾害监等方面。
[0005]目前常用于悬浮振子的微粒悬浮技术包括振动脱附法、喷雾法和夹持法。振动脱附法依赖于压电陶瓷产生的振动使微粒克服与其他微粒或基板之间的范德华力后自由落体运动被势阱捕获，但随着微粒直径增大，吸附微粒的范德华力相对重力的比值减小，吸附强度降低而容易在转移过程甩丢微粒甚至于无法吸附微球，并且微粒进入势阱范围时的动能增大，最终使得悬浮成功率大大降低。喷雾法则是将带有微粒的悬浮液雾化后喷入势阱中，目前可用于喷雾法悬浮的最大微粒直径约为数微米，不适用于数十微米以上的微粒转移悬浮。另一方面，振动脱附法和喷雾法均无法实现单个特定微粒的起支，其他未悬浮成功的微粒会污染真空腔而影响系统的真空度，且无法确定捕获到的是单颗微粒还是集群，对结果的判定产生干扰。夹持法即采用镊子夹持微粒直接转移到势阱中心，一方面镊子的尖端会对微粒的表面光滑度产生损伤，另一方面，通常真空腔的空间范围有限，用于产生势阱的元件通常较为紧凑，镊子容易与其产生空间干涉或划伤元件。此外，随着微粒的尺寸不断增大，采用标称值而非微粒本身的尺寸对系统的影响结果也逐渐增大，因此对微粒进行定量测量是不可或缺的。
[0006]因此，研究一种有效提升大尺寸单颗微粒的起支成功率、更精准筛选及定量测量
微粒参数的起支方式对探测精度的提升具有十分重要的意义。
技术实现思路
[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提出了一种基于毛细玻璃管装载的微粒转移悬浮方法及装置。
[0008]本专利技术实现其目的的技术方案如下：一种基于毛细玻璃管装载的微粒转移悬浮方法，步骤如下：1）在毛细玻璃管前端装载上微粒；2）利用光学显微镜对微粒进行筛选及测量；3）利用线性位移台将毛细玻璃管固定并移动靠近势阱；4）利用细线将微粒推出毛细玻璃管；5）微粒被势阱力捕获并实现悬浮。
[0009]步骤1）所述微粒最大尺寸在数十微米至数百微米，材质包括塑料、玻璃和晶体。
[0010]所述的毛细玻璃管的内径大于微粒最大尺寸，但不超过微粒最大尺寸的两倍。
[0011]所述的材质包括二氧化硅、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯。
[0012]步骤2）所述的筛选包括整体外形筛选、表面及内部缺陷筛选；并用光学显微镜对微粒进行尺寸的标定。
[0013]步骤3）所述线性位移台的运动调节形式包括手动和电动两种，线性位移台的可运动轴数包括1轴到3轴，能捕获悬浮微粒的势阱的性质包括光辐射力阱、电场力阱和磁场力阱。
[0014]步骤4）所述细线包括于光纤、塑料线和铜线，推动细线的方式包括手指直接夹动、手动位移台驱动和电动位移台驱动三种。
[0015]步骤5）在微粒被推出毛细玻璃管后，微粒被指向地面的重力下落至势阱中然后被指向中心的势阱力捕获，或者直接被势阱力所捕获。
[0016]一种根据所述的方法利用毛细玻璃管装载将微粒转移至势阱中并实现悬浮的装置，包括盛装容器、毛细玻璃管、毛细玻璃管驱动位移台、细线、细线驱动位移台、势阱；微粒盛装容器中含有固态的微粒，毛细玻璃管的前端可伸入盛装容器用于装载单颗微粒，毛细玻璃管的尾端固定在毛细玻璃管驱动位移台上，细线串在毛细玻璃管中，细线的尾端固定在细线驱动位移台上；势阱用于捕获毛细玻璃管中掉落的微粒。
[0017]所述的装置，应用步骤包括：将装载了微粒和细线的毛细玻璃管及其毛细玻璃管驱动位移台放置于光学显微镜下观察固态微粒的形态，对微粒的球形度、表面光滑度及内部缺陷进行筛选和尺寸测量；将微距相机聚焦在势阱产生的势阱中心，成像后实时传输至显示器；将装载筛选后微粒的整体装置转移，使毛细玻璃管的前端靠近势阱中心位置，再通过调节毛细玻璃管驱动位移台使毛细玻璃管的前端处于势阱中心位置；调节细线驱动位移台使细线将微粒推出毛细玻璃管掉落并被势阱捕获，在显示器上确认通过微距相机成像的微粒悬浮状态，从而完成微粒的转移及悬浮过程。
[0018]本专利技术的有益效果本专利技术通过采用毛细玻璃管装载并悬浮微粒，提供了一种适用于大尺寸微粒的高
成功率、无损伤性和可精确筛选尺寸等参数的方法及装置。
[0019]通过利用毛细玻璃管前端装载微粒，将毛细玻璃管固定在线性位移台上并控制移动至势阱附近，利用细线将微粒推出毛细玻璃管，微粒被势阱力捕获并实现悬浮。本专利技术解决了直径在数十微米至数百微米范围的微粒无法通过喷雾法和振动脱附法等经典起支方式实现转移悬浮的问题，避免了镊子夹持转移方法对微粒的损伤和势阱附近物体与镊子尖端产生空间干涉的问题，可以实现微粒转移悬浮成功率大于90%，最大程度避免了微粒对真空系统的污染。将装载微粒的毛细玻璃管前端置于光学显微镜下，可精确观测和筛选单个微粒的内部均匀性、表面级内部缺陷、面型、球形度，并利用光学显微镜的测量功能实现对微粒尺寸的定量精确测量。
附图说明
[0020]图1为本专利技术所述的方法的一种流程示意图。
[0021]图2为具体实施方式中步骤1）中的装置的一种结构示意图。
[0022]图3为具体实施方式中步骤2）中的装置的一种结构示意图。
[0023]图4为具体实施方式中步骤3）、4）的装置的一种结构示意图。
[0024]图5为光学显微镜观测微粒面型及尺寸测量结果。
[0025]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于毛细玻璃管装载的微粒转移悬浮方法，其特征在于，步骤如下：1）在毛细玻璃管前端装载上微粒；2）利用光学显微镜对微粒进行筛选及测量；3）利用线性位移台将毛细玻璃管固定并移动靠近势阱；4）利用细线将微粒推出毛细玻璃管；5）微粒被势阱力捕获并实现悬浮。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）所述微粒最大尺寸在数十微米至数百微米，材质包括塑料、玻璃和晶体。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的毛细玻璃管的内径大于微粒最大尺寸，但不超过微粒最大尺寸的两倍。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的材质包括二氧化硅、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）所述的筛选包括整体外形筛选、表面及内部缺陷筛选；并用光学显微镜对微粒进行尺寸的标定。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）所述线性位移台的运动调节形式包括手动和电动两种，线性位移台的可运动轴数包括1轴到3轴，能捕获悬浮微粒的势阱的性质包括光辐射力阱、电场力阱和磁场力阱。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4）所述细线包括于光纤、塑料线和铜线，推动细线的方式包括手指直接夹动、手动位移台驱动和电动位移台驱动三种。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5）在微粒被推出毛细玻璃管后，微粒被指向地面的重力下落至势阱中然后被指向中心的势阱力捕获，或者直接被势阱力所捕获...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨靖，祝训敏，陈志明，傅振海，高晓文，胡慧珠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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