[发明专利]一种光电镊操控系统及使用其操控可操控对象的方法

说明书

本发明公开了一种光电镊操控系统及使用其操控可操控对象的方法，该光电镊操控系统不仅能通过光电微流体芯片产生的介电泳力来操控、捕获、搬运可操控对象，还进一步设置有远程控制系统，使得操作员无需近距离接触实验装置，仅在远程控制系统的移动终端通过用户界面即可实现对光学图案的设计、信号的发送、可操控对象的操控以及接收反馈图像等实验操作，有效打破实验人员和场地的局限性，使得远程实验成为可能，保护实验环境不被污染，能为各类实验人员提供更多便利实验。

技术领域

本发明属于光学显微成像与光学操控技术领域，具体涉及一种光电镊操控系统及使用其操控可操控对象的方法。

背景技术

光电镊，也称为光学诱导介电电泳(optoelectronic tweezing，OET)，可以利用小功率对细胞和微纳米粒子进行并行操纵，目前已被应用于各类微纳米制造以及生物学应用中。例如，基于OET微机器人已被验证用于分离单细胞进行克隆扩增和RNA测序(Shuailong，Z等人(2019)，Proceedings of the National Academy of sciences，116(30)，14823-14828)。OET还用于分析红细胞(Neale，S.L等人(2012)Proceedings of Spie theInternational Society for Optical Engineering，8458(7)，27)的相对硬度以及影响大肠杆菌(A.Mishra等人(2016)Lab on A Chip，16(6)，10.1039)细胞膜的条件。在储能、催化以及复杂电子器件领域，光电镊也可应用制造性能优良的微电子器件，例如电池(Yang，W等人(2017)Small，13(5)，1602769)、石墨烯组装体(Lim，M等人(2018)Applied PhysicsLetters，113(3)，031106)和二硫化钼薄膜晶体管(Meng(2017)Acs Applied MaterialsInterfaces，9，8361-8370.)的三维水凝胶微观结构。

光电镊系统不同于介电泳操控预先制备的固定电极结构，可编程的光学图案投影使其具有很大灵活性，同时又可以使用更小光功率来产生所需操控力，是一种有良好应用前景的微操控技术。

然而，目前使用的光电镊系统中，低操纵通量仍是亟待解决的问题，多个细胞的大批量操纵仍是技术难点。其次，光电镊系统的无线远程控制可以减少生物污染实验环境，而这一远程操控系统的可能性目前还没有被研究。在微流体芯片中，在光学感应电场的作用下，光电镊系统表现为电动力学机制，其中微纳米粒子被电场极化从而具有不同的介电性质。在常规应用光电镊技术时，通常单独用或正或负的介电泳力操纵靶粒子，这限制了该技术在其他研究中的适用性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种光电镊操控系统，操作员可以对该系统进行远程操控，这样能够减少实验环境的污染，并提高操控效率；其次，本发明的另一个目的在于继而提供一种使用前述光电镊操控系统操控可操控对象的方法，该方法可以利用可操控对象微粒自身的介电性质来提高操控效率。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种光电镊操控系统，其包括：投影成像模块、实时显示观测模块、照明模块以及辅助模块。其中，投影成像模块按照光线传播方向依次为：投影仪、缩束透镜组、第一分束镜、物镜、光电微流体芯片，该投影成像模块主要用于将投影仪产生的光学图案投射到光电微流体芯片上；实时显示观测模块按照光线传播方向依次为：光电微流体芯片、物镜、第一分束镜、第二分束镜、成像透镜、图像传感器；照明模块按照光线传播方向依次为：光源、聚光透镜、第二分束镜、第一分束镜、物镜、光电微流体芯片，光源发出的散射光经聚光透镜变为平行光后为系统提供照明。

其中，投影成像模块、实时显示观测模块和照明模块可以共用第一分束镜和物镜，照明模块与实时显示观测模块可以共用第二分束镜。