【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微流体智能控制系统及控制方法。
技术介绍
1、微流控是一种研究和操控微米尺度流体的技术，涉及微小体积的样品处理、流体操控和分析等过程。它利用微米级别的通道、阀门、泵和控制系统来实现对微流体的精确操控和操作。微流控广泛应用于生物医学、化学分析、材料科学等领域。
2、微流控的核心是微流体芯片，它是一个集成了微通道网络和控制元件的微小芯片。微流体芯片的制造通常使用微纳米加工技术，如光刻、微影和聚合等方法。芯片表面的微通道和结构可以根据具体应用的需求进行设计和制造。在微流体芯片中，流体可以通过微通道进行导引和控制。微流控芯片通常包含输入和输出端口，通过这些端口可以引入样品和排出处理后的流体。微通道网络可以将流体引导到不同的区域，进行混合、分离、反应和检测等操作。
3、目前的微流控系统中，想要实现复杂的流体操控只能通过复杂的微通道结构来实现，且只能进行全流道的操控，无法实现局部流道的操作。由于微通道的微观结构和复杂的流体操控，系统中的微阀门、微泵和连接件等元件容易发生故障或磨损，容易影响系统的稳定性和可靠性。
4、流体控制基本原理：大多数材料，包括金属、聚合物和陶瓷，都能在环境条件下吸收特定波长的光。被吸收的光子能量导致电子的激发，随后被激发的电子的非辐射衰变将能量转化为热量。于是，我们可以通过激光照射在光热材料的纳米结构上来维持强温度梯度场，用温度梯度场实现对于流体、颗粒和细胞的操纵。
5、温度梯度场实现对于流体、颗粒和细胞的操纵主要依靠于以下几种物理机制：
6、
7、(2)热电场。在胶体颗粒悬浮液中加入离子，不同的离子在温度梯度下通过热泳运动以不同的速度和方向迁移，图3中(b)，导致带相反电荷的离子在空间上分离，当离子再分配在封闭系统中达到稳态时，就会建立热电场。通过控制离子的类型和粒子的表面电荷，可以在光导热电场下实现胶体粒子的按需捕获或推进。此外，在温度场下，纯溶剂(如水)的极化也会产生热电场。
8、(3)扩散泳动。扩散泳动描述了胶体颗粒在溶质浓度梯度下的输运，图3中(c)。在温度梯度下，不同组分根据其热泳迁移率具有不同的漂移速度。由于小分子通常具有更大的布朗扩散系数d，因此它们比胶体颗粒迁移得更快，这导致了与温度梯度平行的稳定浓度梯度。小分子的这种浓度梯度施加渗透压，使悬浮的胶体在耗竭力的作用下向分子耗竭区移动。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决在微流控系统中，难以实现局部流道中细胞的控制、难以实现微流控芯片中细胞多个位置、不同方向和速度的流体控制、流体中细胞控制可靠性和稳定性差、制造成本高、难度大、操作复杂的问题，而提出基于全息光阱的微流体智能控制系统及控制方法。
2、基于全息光阱的微流体智能控制系统包括：全息光阱产生组件(1)、微流控芯片(2)、拍摄组件(3)；
3、全息光阱产生组件(1)包括：激光发射器(11)、空间光调制器(12)、4f系统(13)、扩束器；
4、微流控芯片(2)包括：微流控进液入口(21)、细胞1出口(22)、细胞2出口(23)、细胞3出口(24)；
5、拍摄组件(3)包括：显微镜物镜(31)、分光镜(32)、相机(33)。
6、基于全息光阱的微流体智能控制方法具体过程为：
7、步骤一、获得目标光场图案
8、步骤二、对目标光场图案进行处理，获得目标光场图案对应的全息光阱图；
9、步骤三、在空间光调制器(12)上加载全息光阱图，激光发射器(11)发射激光依次经过扩束器、空间光调制器(12)、4f系统(13)、分光镜、显微镜物镜(31)，在显微镜物镜(31)生成目标光场图案，目标光场图案投射在微流控芯片(2)平面；
10、相机(33)通过显微镜物镜(31)观察记录目标光场图案；
11、slm可以理解为一个可以加载图片的特殊显示器，加载特定图片就可以调制光场；调制过后的光场经过光学透镜和物镜作用于样本面，样本面就会形成我们想要调制的光阱；
12、步骤四、基于目标光场图案实现微流控芯片中细胞或粒子进入目标出口。
13、本专利技术的有益效果为：
14、本专利技术的目的是通过全息计算技术，在微流道任意位置实现任意形状的光场投射，从而形成特定温度梯度场，进而对微流道内的流体实时操纵。
15、本专利技术可以实现微流控芯片局部的实时控制：只需要将光场投射到想要控制的位置即可实现对应位置的流体控制。
16、本专利技术可以轻易实现微流控芯片多个位置不同方向和速度的流体控制：将不同的图案投射到需要控制的多个位置上，就可以实现多个位置的不同方向和速率的流体控制。
17、本专利技术具有更高的可靠性和稳定性：只需要对想要位置进行流体控制即可，不受整个流道其他部分发生的故障或磨损所影响。
18、本专利技术具有制造成本低：只需要制作简单的流道即可实现复杂的流体操作，不需要设计复杂的流道系统。
19、本专利技术具有操作简单，使用门槛低：不需要设计复杂的微流控系统，只需要输入对应的运动图案就可以实现复杂的微流体的操控。
20、本专利技术具有应用广泛：可以实现微流控阀门、微流控泵、微流控分选等操作方式。
21、本专利技术提供了一种微流道内流体运动的实时控制方法。通过全息计算技术实现实时光场调制，通过光场调制实时调制温度梯度场，从而实现流体、粒子、细胞等精确操作。本专利技术实现了一个微流道内同一时间段不同分区控制流体以不同形式运动，该操作系统和方法在微流控领域内有极其重要的应用价值。
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1.基于全息光阱的微流体智能控制系统，其特征在于：所述系统包括：全息光阱产生组件(1)、微流控芯片(2)、拍摄组件(3)；
2.根据权利要求1所述的基于全息光阱的微流体智能控制系统，其特征在于：所述激光发射器(11)发射激光；
3.根据权利要求2所述的基于全息光阱的微流体智能控制系统，其特征在于：所述微流控芯片(2)底部设置光敏基底。
4.根据权利要求1所述系统的基于全息光阱的微流体智能控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
5.根据权利要求4所述的基于全息光阱的微流体智能控制方法，其特征在于：所述步骤二中对目标光场图案进行处理，获得目标光场图案对应的相位图；具体过程为：
6.根据权利要求5所述的基于全息光阱的微流体智能控制方法，其特征在于：所述步骤四中基于目标光场图案实现微流控芯片中细胞或粒子进入目标出口；具体过程为：
7.根据权利要求5所述的基于全息光阱的微流体智能控制方法，其特征在于：所述步骤四中基于目标光场图案实现微流控芯片中细胞或粒子进入目标出口；具体过程为：
8.根据权利要求7所述
9.根据权利要求5所述的基于全息光阱的微流体智能控制方法，其特征在于：所述步骤四中基于目标光场图案实现微流控芯片中细胞或粒子进入目标出口；具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.基于全息光阱的微流体智能控制系统，其特征在于：所述系统包括：全息光阱产生组件(1)、微流控芯片(2)、拍摄组件(3)；
2.根据权利要求1所述的基于全息光阱的微流体智能控制系统，其特征在于：所述激光发射器(11)发射激光；
3.根据权利要求2所述的基于全息光阱的微流体智能控制系统，其特征在于：所述微流控芯片(2)底部设置光敏基底。
4.根据权利要求1所述系统的基于全息光阱的微流体智能控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
5.根据权利要求4所述的基于全息光阱的微流体智能控制方法，其特征在于：所述步骤二中对目标光场图案进行处理，获得目标光场图案对应的相位图；具体过程为：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨兴宇，佟明斯，黄港，吴剑涵，石俊豪，高会军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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