[发明专利]一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置

说明书

本发明公开了一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，利用激光干涉系统产生干涉图案化光场，经过光学系统，照射光诱导介电泳芯片，改变芯片中光敏层电阻，在芯片的溶液层产生随光场变化的不均匀电场，从而控制溶液中的微观粒子运动。利用激光干涉图案化光场作为光源可以获得亮暗光强差值更大的光场图案；对所需光学系统的要求更低，光学系统更简单；可以减小装置产生的像差，有利于操纵和观察微粒运动。

技术领域

本发明涉及微纳米控制领域，特别涉及光诱导介电泳领域，是一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置。

背景技术

对于微纳尺寸物体的观测和操纵，是研究微纳米科学和实现微纳制造的核心技术之一。随着物理、化学、生物技术的迅速发展，对微纳粒子的检测和追踪，以及进一步操纵，越来越受科学家们的关注。传统的技术手段无法满足当前准确、快捷、高效的检测要求，光诱导介电泳技术应运而生。

光诱导介电泳是一种将光学电极与介电泳方法相结合的操纵技术。用光学电极代替传统的物理电极，从确定操纵功能，到设计电极并投入使用，所需周期极短，避免了复杂的电极制造过程，提高了微粒操纵灵活性，降低了电极加工成本。由于能够产生动态光虚拟电极，因此可以实现对微粒更加复杂的操纵。

一般的光诱导介电泳装置的系统结构根据功能不同可以分为3个部分：1)投影区：由投影仪及其连接的电脑，透镜组，反射镜组成，主要控制光电极图案的产生、投影，并控制光场图案移动。2)测试区：由信号发生器及其连接的光诱导介电泳芯片组成，信号发生器连接芯片的上下两层导电层提供交变信号，微粒在芯片溶液层内被操纵。3)观测区：由光学显微镜、电荷耦合器件(CCD)及其连接的电脑组成，光学显微镜和CCD置于芯片上方，将芯片内部粒子的位置及操纵情况实时反馈至电脑屏幕。

现有的光诱导介电泳装置一般使用投影仪作为光源，因为投影仪的光学系统本身较为简单，所以存在以下缺点：1)投影出的图像亮暗光强差值较小，产生的光诱导介电泳力小。2)投影出的图像本身就存在一定的偏差，且存在发散角用以扩大图像，所以对应的光学系统不易设计和调节。3)经过光学系统后产生像差较大，不利于操纵和观察微粒运动。

发明内容

本发明要解决技术问题为：1)投影出的图像亮暗光强差值较小，产生的光诱导介电泳力小，2)光学系统不易设计和调节，3)经过光学系统后产生像差较大。本发明提供了一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，利用激光干涉图案化光场作为光源，可以获得亮暗光强差值更大的光场图案；对所需光学系统的要求更低，光学系统更简单；可以减小装置产生的像差，有利于操纵和观察微粒运动。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种激光干涉图案化光场作为光源的光诱导介电泳装置，包括激光干涉系统、光学系统、光诱导介电泳芯片、信号发生器、显微镜系统和CCD图像传感系统，激光器发射的激光经激光干涉系统后产生干涉图案，干涉图案为明暗相间图案，该干涉图案化光场作为装置所用光源，所述的激光干涉系统由一个1:2分光透镜，一个1:1分光透镜，两个特制透镜，四个全反镜组成，作用是将激光分为三束频率相同，相位差恒定，振动方向一致光，并使之发生干涉，产生所需干涉图案，两个特制透镜分别为第一特制透镜和第二特制透镜，四个全反镜分别为第一全反镜，第二全反镜，第三全反镜和第四全反镜；光学系统由两个正透镜和一个反射镜组成，作用是汇聚光强，并将干涉图案化光场的亮纹宽度调节到与操控粒子直径相近，两个正透镜分别为第一正透镜和第二正透镜；光诱导介电泳芯片分为下层和上层，下层从下到上依次为第一玻璃片、第一导电层、光敏层，上层从上到下依次为第二玻璃片、第二导电层。

进一步地，第一导电层、第二导电层为氧化铟锡膜，厚度为100nm—140nm，光敏层为氢化非晶硅膜，厚度为450nm—550nm。

本发明的原理在于：