[发明专利]一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带系统及其调控方法

说明书

本发明提供了一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带系统及其调控方法，所述可调控全光输运带系统包括激光器、光学系统及样品台，微纳颗粒位于样品台上，所述激光器产生的激光经光学系统照射在样品台上以输运微纳颗粒；所述光学系统包括圆形柱透镜、扩散准直透镜组、聚焦透镜、入射反射镜。与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提供的一种用于微纳颗粒的全光输运带系统，接操控光阱位置，不依赖衬底结构，能够同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控，大大提高了光学输运系统的应用灵活性，拓宽了其应用前景。

技术领域

本发明涉及全光操控微纳颗粒输运的技术领域，更具体地，涉及一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带系统及其调控方法。

背景技术

光力存在于光与物质相互作用时的动量交换过程，因其具有非接触、无损伤、操作精度高等优点，广泛应用于物理、化学、生物及医学等前沿领域。全光输运就是一种利用光力输运微纳颗粒的技术，可精确操控颗粒的分离、归类以及定点输运。全光输运带使用的光力在pN量级，与利用光镊操控细胞及利用光力研究DNA特性使用的力在同一量级，因此全光输运带在细胞学和生物学及微流输运中具有重要的应用价值。然而目前的全光输运系统大部分依赖于衬底结构的设计，或者是利用光热效应，并非直接针对光镊设计，无法同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控，且对制作工艺有很高的要求。

南京大学的Xuping Zhang团队在2016年报道了一种基于梯度纳米棒的波导耦合纳米光学传输带(Optics letters,41(3),528-531)，设计了一种利用纳米棒的波导耦合实现纳米颗粒的光学传输带，当不同波长的激光光照波导时，产生光阱的位置不一样，即颗粒受到的力的分布不一样，由于颗粒受到指向向着光阱中心的光力，所以颗粒会向光阱中心运动。虽然此设计提供了一种精确输运粒子的新方法，但其实现的光学输运带依赖于衬底的结构和材质，并非直接操控光阱的位置捕获颗粒，输运方向单一且输运距离短。

申请号为201811055855.9的专利公开了一种利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的系统，包括对微纳米颗粒的输运速度大小进行调控的函数发生器和实现微纳米颗粒定向输运的叉指电极，所述函数发生器的两个输出端分别与所述叉指电极的两端连接，所述函数发生器向所述叉指电极输出电压和频率可调的交流电。通过调节叉指电极的电压、频率和叉指电极的尺寸等方式调控微纳米颗粒的输运速度，采用不同叉指电极的形状来调控微纳米颗粒的运动方向，实现微纳米颗粒的定向输送。该方法虽然能控制微纳颗粒的输运速度并实现定向输运，但其需要制备制作工艺复杂的叉指电极，且其定向输运依赖于不同的叉指电极结构，不能在同一结构上实现任意角度上的定向输运，继而也无法实现输运起始点的控制。上述两种方式均无法同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可控，且输运装置的制作工艺复杂，具有很大的局限性。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中的至少一种缺陷(不足)，提供了一种用于微纳颗粒的全光输运带系统，可以直接操控光阱位置，不依赖衬底结构，能够同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于微纳颗粒的全光输运带系统的调控方法，具体给出实现微纳颗粒的输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向的调控方式。

本发明采取的技术方案是：

一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带系统，包括激光器、光学系统及样品台，微纳颗粒位于样品台上，所述激光器产生的激光经光学系统照射在样品台上以输运微纳颗粒；所述光学系统包括圆形柱透镜、扩散准直透镜组、聚焦透镜、入射反射镜；所述圆形柱透镜用于将激光束整形为椭圆形高斯光束，所述扩散准直透镜组用于将椭圆形高斯光束扩大并准直，所述聚焦透镜将光束聚焦到微米级别，所述入射反射镜用于改变光束方向，使其以一倾斜角入射到样品台上形成全光输运带，通过散射力实现微纳颗粒的全光输运。