[发明专利]用于磁镊装置的磁球坐标的校准方法和校准装置

说明书

本发明提供了一种用于磁镊装置的磁球坐标的校准方法和校准装置，磁球坐标的校准方法包括步骤1)通过质心法获得所述磁球的衍射环图像的图心的初始位置；步骤2)获得所述衍射环图像在第一坐标轴方向和第二坐标轴方向上的径向光强分布，将所述衍射环图像在第一坐标轴方向上的径向光强分布与其镜像分布做互相关运算以校准所述磁球在第一坐标轴上的坐标，将所述衍射环图像在第二坐标轴方向上的径向光强分布与其镜像分布做互相关运算以校准所述磁球在第二坐标轴上的坐标。本发明的校准装置能够精确测量磁球的三维坐标，生成磁球的查找表，并基于查找表实时修正磁镊装置的热漂移。

技术领域

本发明涉及磁镊装置，特别涉及一种用于磁镊装置的磁球坐标的校准方法和校准装置。

背景技术

单分子磁镊操纵技术近年来逐渐成为研究生物大分子的热门工具，它能有效避开大量分子的平均效应，选取功能完整的分子进行纳米精度的操纵与测量。单分子磁镊操纵技术通过磁铁与超顺磁性磁球的距离来控制磁球受到的磁力大小，并通过监测磁球的高度变化量来研究生物大分子的构象变化。

图1是现有技术的磁镊装置的结构示意图。如图1所示，磁镊装置包括照明光源1、永磁铁2、样品槽3、倒置物镜4、压电控制器5、CCD相机7和中央控制台8。其工作原理如下：照明光源1发出的光(图1中虚线箭头所示)穿过永磁铁2之间的缝隙照射到样品槽3中的磁球9上，倒置物镜4对磁球9进行成像，CCD相机7中接收磁球的衍射图像，并将衍射光信号转换为电信号后传递给中央控制台8，中央控制台8将磁球9的图像显示出来并计算磁球9的坐标。

在图1所示的磁镊装置中，将倒置物镜4的焦平面定义为XY坐标平面，垂直于XY坐标平面为Z坐标。基于光的衍射原理，磁球9的图像是衍射环，中央控制台8通过质心法计算衍射环的图心位置，从而获得磁球9的X坐标和Y坐标。但是该方法无法精确测量磁球9的X坐标和Y坐标。

如果照明光源1照射在磁球9上的光照不均匀，则磁球9的衍射环的图像的光照也不均匀。图2示出了磁球在不均匀光照下的衍射环图像，如图2所示，衍射环上右下方的平均光强要略强于左上方的平均光强。由于质心法是计算加权平均，在光照不均匀时误差较大。因此通过质心法计算出来的图心(参见图2中的黑点)并不在衍射环的中心，而是相对于衍射环的中心朝右下方偏移。

采用现有的校准方法对磁球9的中心进行校准，校准后的磁球中心仅在图2所示的黑点附近区域。由此校准后的磁球中心偏离衍射环的中心较远，造成较大的误差。

再次参考图1所示，现有技术的磁镊装置为了精确测量磁球9的Z坐标，在靠近倒置物镜4的盖玻片11的内表面上铺有直径为1微米的聚苯乙烯球15，并以聚苯乙烯球15为参考计算磁球9的Z坐标的变化量。通过在Z方向上移动永磁铁2并旋转永磁铁2以改变磁场的强度和方向，从而控制磁球9的高度。当磁球9的Z坐标改变时，衍射环图像也将相应地改变，通过不同衍射环的径向光强分布确定磁球9的Z坐标的变化量。

但是，在长时间测量过程中，磁镊装置的热漂移会导致样品槽3的Z坐标发生改变，从而严重影响信号的辨识与精度。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于磁镊装置的磁球坐标的校准方法，包括下列步骤：

步骤1)通过质心法获得所述磁球的衍射环图像的图心的初始位置；

步骤2)获得所述衍射环图像在第一坐标轴方向和第二坐标轴方向上的径向光强分布，将所述衍射环图像在第一坐标轴方向上的径向光强分布与其镜像分布做互相关运算以校准所述磁球在第一坐标轴上的坐标，将所述衍射环图像在第二坐标轴方向上的径向光强分布与其镜像分布做互相关运算以校准所述磁球在第二坐标轴上的坐标。

优选的，在所述步骤2)中包括：

步骤21)以所述图心的初始位置为XY坐标系中的坐标原点；