[发明专利]一种球形物体质量测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及一种球形物体质量测量系统及测量方法，属于质量测量技术领域。利用照明系统对样品进行照明，然后通过成像系统对样品进行清晰成像，以光镊捕获系统为核心，进行球形物体的捕获。通过测量系统得到待测物体受限布朗运动的运动轨迹，得到其均方位移。最后将均方位移代入微粒弹道运动或介于扩散与弹道运动中间过程时的运动方程得到待测物体的质量。通过利用光镊对待测物体捕获可以无需接触便对待测物体进行操控，待测量物体可以存在于气体、液体、真空等环境。通过成像系统可实时观察待测量物体的状态，判断物体是否为所需测量的物体以及被光镊所捕获。

技术领域

本发明涉及质量测量技术领域，特别是涉及一种球形物体质量测量系统及测量方法。

背景技术

物体的质量测量在诸多领域都有着广泛的用途。如微小液滴、固体气溶胶颗粒等小颗粒物体的质量测量在污染检测、加工、化学研发等多种领域都有着重要的作用；同时在生物环境内的物体质量测量也有着广泛的应用前景，如对细胞、细胞器、蛋白质等进行质量测量，可以对细胞内生物合成和降解过程进行直接定量的监测。

物体的质量是其本身的性质，不受环境等因素的影响，因此可以通过测量其它与质量相关的参数来计算得出物体的质量。

传统的测量微小物体质量的方法主要有三种：落球法，悬浮微通道谐振器(Suspended microchannel resonator，SMR)和利用干涉显微镜测量。虽然上述方法均可对微小粒子进行质量的测量，但是，落球法限定测量环境必须为溶液，悬浮微通道谐振器是利用测量物体从悬臂内经过时对悬臂的振动频率的影响计算得出物体质量，需要小球处于溶液环境且无法实时成像。干涉显微镜测量物体质量的方法为通过测量相移，通过二维扫描后利用相移与物体质量之间的函数关系才能够计算得到物体质量，需已知函数关系，测量时间长且只适用于透明物体。因此，上述方法均难以同时满足：不限制物体所处环境、实时成像、不限制物体的成分等要求，基于此，亟需一种不限制物体所处环境、实时成像、不限制物体的成分的球形微小物体质量测量系统及测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种球形物体质量测量系统及测量方法，利用光镊捕获球形物体使其在光阱中心做受限布朗运动，高速测量其运动轨迹从而直接计算得到物体质量，无需限定物体所处的环境，并且可以实时对物体进行成像观测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种球形物体质量测量系统，所述系统包括：照明系统，成像系统，光镊捕获系统和位置探测系统；

所述照明系统用于对待测样品进行照明；所述成像系统用于对待测物体进行成像；所述光镊捕获系统用于对待测物体进行捕获；所述位置探测系统用于实时追踪待测物体，获得待测物体所做受限布朗运动的运动轨迹，所述运动轨迹用于获得待测物体的质量。

本发明还提供一种球形物体质量测量方法，所述测量方法使用上述测量系统进行测量，所述方法包括：

采用照明系统对待测物体进行照明；

采用成像系统对待测物体进行成像；

利用光镊捕获系统捕获待测物体，使待测物体被束缚在光阱中做受限布朗运动；

在预设测量时间分辨率下利用位置探测系统多次测量做受限布朗运动的所述待测物体的位置，根据测量位置生成所述待测物体的运动轨迹；

根据所述运动轨迹获得所述待测物体的均方位移的函数表达式；

根据所述均方位移的函数表达式得到待测物体的质量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：