[发明专利]一种基于局部制冷效应的光镊装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于局部制冷效应的光镊装置及方法，包括：激光器和样品操控模块；所述激光器用于产生制冷激光；所述样品操控模块用于放置待操控的目标样品和接收所述制冷激光，并通过所述制冷激光激发产生局部制冷效应，以及通过所述局部制冷效应实现所述目标样品的操控。本发明利用局部制冷效应将目标样品捕获至光致低温区域，不仅实现了大范围的高精度光学微纳操控，而且光致冷源的产生极大的降低了光热效应对生物粒子所带来的不利影响，可在温控方面对特定生物分子的生化活动进行调控，极大地拓展了光镊的结构功能与应用场景。

技术领域

本发明属于微纳操控技术领域，尤其涉及的是一种基于局部制冷效应的光镊装置及方法。

背景技术

光镊(optical tweezers)是一种以激光的力学效应为基础的微纳操控技术，光镊可用于捕获、操控微纳尺度的小粒子，具有定位精确、非接触性、无损伤、高度选择性等优点，有利于对细胞、蛋白质甚至DNA等物质进行活体水平的研究，在生物学等领域具有重要的应用。除了操控微粒之外，光镊还有测量微小力，测量微粒之间的相互作用，纳米材料自组装制备，实时动态跟踪等丰富的应用，是光学与生物学、物理学、表面化学、纳米材料等领域交叉融合，共同发展的重要工具。然而，传统光镊装置存在捕获精度低、操控范围小、样品受光热效应容易变性乃至失活等问题。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于局部制冷效应的光镊装置及方法，克服传统光镊装置存在捕获精度低、操控范围小、样品受光热效应容易变性乃至失活等问题。

本发明所公开的第一实施例为一种基于局部制冷效应的光镊装置，其中，包括：激光器和样品操控模块；

所述激光器用于产生制冷激光；

所述样品操控模块用于放置待操控的目标样品和接收所述制冷激光，并通过所述制冷激光激发产生局部制冷效应，以及通过所述局部制冷效应实现所述目标样品的操控。

所述的基于局部制冷效应的光镊装置，其中，所述样品操控模块包括：制冷单元和与所述制冷单元连通的流通池；

所述流通池用于放置待操控的目标样品；

所述制冷单元用于接收所述制冷激光，并通过所述制冷激光激发产生局部制冷效应，以及通过所述局部制冷效应实现所述目标样品的操控。

所述的基于局部制冷效应的光镊装置，其中，所述制冷单元的厚度为50～500nm。

所述的基于局部制冷效应的光镊装置，其中，所述制冷单元的材质为氟锆酸盐玻璃、ZBLANP玻璃、ZBLAN玻璃和掺杂稀土元素的氟化物晶体半导体材料中的一种或多种。

所述的基于局部制冷效应的光镊装置，其中，所述制冷激光的波长为1000～1200nm。

所述的基于局部制冷效应的光镊装置，其中，所述光镊装置还包括：设置于所述激光器和所述样品操控模块之间的物镜；

所述物镜用于接收所述激光器产生的制冷激光，并将所述制冷激光汇聚至所述样品操控模块，以及采集被操控的所述目标样品的运动图像。

所述的基于局部制冷效应的光镊装置，其中，所述光镊装置还包括：感光器件；

所述感光器件用于收集所述物镜采集的所述运动图像，以监控所述目标样品的移动轨迹。

所述的基于局部制冷效应的光镊装置，其中，所述光镊装置还包括：设置于所述激光器和所述物镜之间的半透半反镜；

所述半透半反镜用于接收所述激光器产生的制冷激光，并将所述制冷激光透射至所述物镜，以及将所述物镜采集的所述运动图像反射至所述感光器件。