【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微观粒子操控，更具体的说是涉及一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置。
技术介绍
1、光电镊(optoelectronic tweezers,oet)是通过介电泳力灵活地操控大量微小物体的新型技术，操控对象可以为悬浮颗粒、生物细胞、大分子粒子、甚至原子等微小粒。由于铌酸锂晶体(linbo3,ln)具有良好的光电性能，在光照后其表面可产生光生伏打电场，所以无需外加电极便可实现粒子捕获。光电镊极大地丰富了光诱导微操控手段，主要用于分析、筛选、反应、萃取、检测等，基于铌酸锂的oet现已经成为芯片实验室的核心技术。
2、在过去的20年时间里，人们始终致力于对光电镊功能展开深入研究与不断创新，esseling m等人先后报道了在c切linbo3表面发生oet的捕获实验，利用空间电场捕获表面被均匀附着银的聚苯乙烯微球。munoz-martinez j f等人在c切linbo3晶体上首次实现捕获微米级碳酸钙粒子和纳米级铝粒，分别形成一维和二维的捕获图形。verma r s等人以oet为手段操控聚苯乙烯微球和血液红细胞。国内近几年对oet的研究报道也有增多趋势，天津大学的王锴等人采用自行搭建的飞秒激光光镊，实现了对人体血红细胞(rbc)的稳定捕获。宋春峰、倪中华等人在综合分析当前生物粒子微操纵技术的基础上，设计一种基于光诱导介电泳技术的微操纵芯片结合检测跟踪系统构建操纵实验平台，完成对粒子的捕获与运输，包括运输单个粒子。
3、利用晶体(铌酸锂、钽酸锂)的光生伏打效应，无需加外电极、所需光强小、灵活捕获大量微观
4、因此，如何提升操纵粒子数量同时提高捕捉效率是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，包括：图案化光束产生光路、紫外片状照明模块以及光伏晶片操纵平台，所述图案化光束产生光路生成预设图案光束，所述预设图案光束在所述光伏晶片操纵平台生成第一电场；所述紫外片状照明模块生成第二激光，再对所述第二激光进行扩束，同时控制扩束后的第二激光的强度与直径，于所述光伏晶片操纵平台生成第二电场；所述光伏晶片操纵平台内部的微观粒子在第一电场与第二电场的影响下向预设图案区域运动。
4、优选的，所述光伏晶片操纵平台包括：夹持位移台、第一c切掺铁铌酸锂晶片与第二c切掺铁铌酸锂晶片，所述夹持位移台上固定有第一c切掺铁铌酸锂晶片与第二c切掺铁铌酸锂晶片；所述第一c切掺铁铌酸锂晶片接收预设图案光束，生成第一电场；所述第二c切掺铁铌酸锂晶片接收第二激光，生成第二电场。
5、优选的，所述图案化光束产生光路包括：第一激光器、第一透镜、第二透镜、半波片、空间光调制器、第一四分之一波片、起偏器、第二四分之一波片、成像透镜、二向色镜、显微物镜、照明光源、滤光片与成像相机，所述第一激光器生成第一激光，依次通过第一透镜、第二透镜、半波片、空间光调制器、第一四分之一波片、起偏器、第二四分之一波片与成像透镜生成预设图案光束；所述预设图案光束经过二向色镜与显微物镜进入所述第一c切掺铁铌酸锂晶片；所述照明光源为光伏晶片操纵平台与显微物镜提供光亮，所述成像相机记录所述光伏晶片操纵平台中微观粒子运动情况，所述滤光片调整进入所述成像相机的光线亮度。
6、优选的，所述紫外片状照明模块包括：第二激光器、扩束系统与可调狭缝，所述第二激光器产生第二激光，依次经过扩束系统与可调狭缝；所述扩束系统对所述第二激光的直径扩展至原来的2倍；所述可调狭缝通过调整狭缝对扩展直径后的第二激光的光束直径及强度进行控制，而后将第二激光光束输入所述第二c切掺铁铌酸锂晶片。
7、优选的，所述扩束系统包括第三透镜与第四透镜，所述第三透镜焦距为30mm，所述第四透镜焦距为60mm，第三透镜与第四透镜相距90mm。
8、优选的，所述半波片将入射到所述空间光调制器上的激光偏振方向调节至与空间光调制器工作方向成45°/135°夹角。
9、优选的，所述第一四分之一波片将经过所述空间光调制器反射后的退偏振光转为线偏态，锐化通过所述起偏器的光斑图案。
10、优选的，所述空间光调制器上加载图案区域与显微物镜焦平面上预设图案一致，其图案区域加载的相位信息为π，其他区域相位信息为0，利用π相位的延迟使加载图案区域反射的激光偏振态相对入射激光偏振态呈正交状态。
11、优选的，所述起偏器后设置第二四分之一波片，其与通过起偏器的光偏振方向成45°，将线偏光转换为圆偏光。
12、优选的，所述二向色镜与入射激光呈45°夹角，对入射的激光波段全反射，对所述照明光源波段高透射。
13、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，与现有技术相比具有以下优点：
14、1、利用图案化激光对微观粒子进行捕捉，具有高效性，其高效性体现在图案化光束的结构提供了更大的光束照射范围，可进行更高通量的粒子捕获；
15、2、具有更加多样的微观粒子操控形式，可通过空间光调制器对光束整形，使激光光束变成各种形状的图案对微观粒子进行操控；
16、3、具有更加灵活的操控方式，既可以捕捉液体环境中的微观粒子，也可以捕捉空气环境中的微观粒子；
17、4、装置操作便捷、设计科学、成本低廉，便于推广应用。
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1.一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，包括：图案化光束产生光路(1)、紫外片状照明模块(2)以及光伏晶片操纵平台(3)，所述图案化光束产生光路(1)生成预设图案光束，所述预设图案光束在所述光伏晶片操纵平台(3)生成第一电场；所述紫外片状照明模块(2)生成第二激光，再对所述第二激光进行扩束，同时控制扩束后的第二激光的强度与直径，于所述光伏晶片操纵平台(3)生成第二电场；所述光伏晶片操纵平台(3)内部的微观粒子在第一电场与第二电场的影响下向预设图案区域运动。
2.根据权利要求1所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述光伏晶片操纵平台(3)包括：夹持位移台(301)、第一C切掺铁铌酸锂晶片(302)与第二C切掺铁铌酸锂晶片(303)，所述夹持位移台(301)上固定有第一C切掺铁铌酸锂晶片(302)与第二C切掺铁铌酸锂晶片(303)；所述第一C切掺铁铌酸锂晶片(302)接收预设图案光束，生成第一电场；所述第二C切掺铁铌酸锂晶片(303)接收第二激光，生成第二电场。
3.根据权利要求2所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其
4.根据权利要求2所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述紫外片状照明模块(2)包括：第二激光器(201)、扩束系统与可调狭缝(204)，所述第二激光器(201)产生第二激光，依次经过扩束系统与可调狭缝(204)；所述扩束系统对所述第二激光的直径扩展至原来的2倍；所述可调狭缝(204)通过调整狭缝对扩展直径后的第二激光的光束直径及强度进行控制，而后将第二激光光束输入所述第二C切掺铁铌酸锂晶片(303)。
5.根据权利要求4所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述扩束系统包括第三透镜(202)与第四透镜(203)，所述第三透镜(202)焦距为30mm，所述第四透镜(203)焦距为60mm，第三透镜(202)与第四透镜(203)相距90mm。
6.根据权利要求3所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述半波片(104)将入射到所述空间光调制器(105)上的激光偏振方向调节至与空间光调制器(105)工作方向成45°/135°夹角。
7.根据权利要求3所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述第一四分之一波片(106)将经过所述空间光调制器(105)反射后的退偏振光转为线偏态，锐化通过所述起偏器(107)的光斑图案。
8.根据权利要求3所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述空间光调制器(105)上加载图案区域与显微物镜(111)焦平面上预设图案一致，其图案区域加载的相位信息为π，其他区域相位信息为0，利用π相位的延迟使加载图案区域反射的激光偏振态相对入射激光偏振态呈正交状态。
9.根据权利要求3所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述起偏器(107)后设置第二四分之一波片(108)，其与通过起偏器(107)的光偏振方向成45°，将线偏光转换为圆偏光。
10.根据权利要求3所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述二向色镜(110)与入射激光呈45°夹角，对入射的激光波段全反射，对所述照明光源(112)波段高透射。
...【技术特征摘要】
1.一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，包括：图案化光束产生光路(1)、紫外片状照明模块(2)以及光伏晶片操纵平台(3)，所述图案化光束产生光路(1)生成预设图案光束，所述预设图案光束在所述光伏晶片操纵平台(3)生成第一电场；所述紫外片状照明模块(2)生成第二激光，再对所述第二激光进行扩束，同时控制扩束后的第二激光的强度与直径，于所述光伏晶片操纵平台(3)生成第二电场；所述光伏晶片操纵平台(3)内部的微观粒子在第一电场与第二电场的影响下向预设图案区域运动。
2.根据权利要求1所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述光伏晶片操纵平台(3)包括：夹持位移台(301)、第一c切掺铁铌酸锂晶片(302)与第二c切掺铁铌酸锂晶片(303)，所述夹持位移台(301)上固定有第一c切掺铁铌酸锂晶片(302)与第二c切掺铁铌酸锂晶片(303)；所述第一c切掺铁铌酸锂晶片(302)接收预设图案光束，生成第一电场；所述第二c切掺铁铌酸锂晶片(303)接收第二激光，生成第二电场。
3.根据权利要求2所述的一种可图案化操控微观粒子的光电镊装置，其特征在于，所述图案化光束产生光路(1)包括：第一激光器(101)、第一透镜(102)、第二透镜(103)、半波片(104)、空间光调制器(105)、第一四分之一波片(106)、起偏器(107)、第二四分之一波片(108)、成像透镜(109)、二向色镜(110)、显微物镜(111)、照明光源(112)、滤光片(113)与成像相机(114)，所述第一激光器(101)生成第一激光，依次通过第一透镜(102)、第二透镜(103)、半波片(104)、空间光调制器(105)、第一四分之一波片(106)、起偏器(107)、第二四分之一波片(108)与成像透镜(109)生成预设图案光束；所述预设图案光束经过二向色镜(110)与显微物镜(111)进入所述第一c切掺铁铌酸锂晶片(302)；所述照明光源(112)为光伏晶片操纵平台(3)与显微物镜(111)提供光亮，所述成像相机(114)记录所述光伏晶片操纵平台(3)中微观粒子运动情况，所述滤光片(113)调整进入所述成像相机(114...
【专利技术属性】
技术研发人员：张琛，王新孔，张然，刘毅，赵伟，陆宝乐，白晋涛，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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