專利名稱：利用光學(xué)力將膠粒分成多個(gè)通道棱鏡光學(xué)分離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的用于粒子的受控分離的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及ー種通過(guò)棱鏡光學(xué)分離分類膠粒和其 它粒子的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在周期性力場(chǎng)中的被驅(qū)動(dòng)的布朗物體的運(yùn)動(dòng)已廣泛研究了半個(gè)世紀(jì)，不僅因?yàn)槠鋬?nèi)在價(jià)值，而且因?yàn)槠渑c不同的物理現(xiàn)象的密切關(guān)系，所述物理現(xiàn)象比如為電荷在約瑟夫森結(jié)中的傳輸和化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。大部分研究集中于ー維系統(tǒng)中的偏擴(kuò)散，為場(chǎng)提供原型的傾斜的防波板問(wèn)題。甚至這種深入研究的模型繼續(xù)創(chuàng)造驚喜，最近發(fā)現(xiàn)，對(duì)于防波板少量捕獲的粒子，熱擾動(dòng)顯著增加。因?yàn)楸或?qū)動(dòng)的粒子享有選擇其穿過(guò)受カ圖景的路線的額外的自由，所以更高維度的系統(tǒng)具有基本上更豐富的現(xiàn)象論。カ場(chǎng)本身可以具有包括多維對(duì)稱性的更豐富多樣的特性和產(chǎn)生有趣的非平衡效果的螺線管形部件。因?yàn)榱Ｗ涌梢試@障礙物移動(dòng)，所以受カ圖景甚至可以包括難以逾越的障礙。仍未完全理解布朗粒子如何找到其穿過(guò)這種結(jié)構(gòu)化地形的道路。

發(fā)明內(nèi)容
棱鏡光學(xué)分離提供了ー種分類膠粒的實(shí)用方法，該方法提供非常有利的分辨率和以前不可用的分類形式。為光學(xué)圖景提供設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，光學(xué)圖景實(shí)施特定的分類協(xié)議并掲示實(shí)際偏離理想模型的衍生結(jié)果。以下附圖示出優(yōu)選實(shí)施方式的所選擇的方面，下文將更詳細(xì)地描述。


圖I示出根據(jù)在恒力F。(ap，np)下以角度Θ移動(dòng)穿過(guò)正方形的光阱陣列的具有固定折射率np的球體的粒徑變化的鎖定方向；圖2A示出用于在光學(xué)分離期間跟蹤和表征粒子的結(jié)合的全息光學(xué)捕獲和全息視頻顯微鏡系統(tǒng)；圖2B示出在圖2A的顯微鏡的焦平面中拍攝的103個(gè)全息光鑷的圖像且還示出粒子的軌跡；圖2(示出在與圖2B相同的視場(chǎng)中的I. 5 μ m直徑的ニ氧化硅球體的標(biāo)準(zhǔn)化全息圖像，其中的插圖(右上方)示出與概述的球體的全息圖像的洛倫茲-米氏(Lorenz-Mie)理論的擬合；
圖3A (I廣圖3C (3)示出按照半徑為ap且折射率為np的粒子的概率密度P (ap，np)不出的單分散的膠狀ニ氧化娃球體的聞分辨率的光學(xué)分尚；圖3A (I)不出用于輸入分布的生物分散的ニ氧化硅粒子；圖3A (2)示出沿[11]方向的ニ氧化硅的分布；圖3A (3)示出沿[10]方向偏轉(zhuǎn)至頂點(diǎn)的分布；圖3B (I)示出輸入?yún)^(qū)域中的被分到較小的低指數(shù)部分的單分散的ニ氧化硅樣本的分布；圖3B (2)示出側(cè)面區(qū)域中的較大的高指數(shù)粒子部分；圖3B (3)示出頂點(diǎn)區(qū)域的分布，虛曲線為沿[10]方向的陣列的少量鎖定條件IiJap)(注意在圖3B (I)、圖3B (2)和圖3B (3)中的甸幅圖中，繪制的正方形為環(huán)形,其指不四種有代表性的球體的屬性，在圖2B中繪制了這些球體的軌跡)；圖3C (I)示出在輸入?yún)^(qū)域的單分散的聚苯こ烯樣本的分布；圖3C (2)示出沿[11]方向的側(cè)面分布；以及圖3C (3)示出沿[10]方向偏轉(zhuǎn)至頂點(diǎn)的分布；圖4A示出從左到右流經(jīng)陣列的 粒子的計(jì)算的概率密度；圖4B示出輸入?yún)^(qū)域中的球體的折射率和半徑的分布，選擇這些折射率和半徑以模擬實(shí)驗(yàn)觀察的樣本；圖4C示出側(cè)面區(qū)域中的輸出分布；以及圖4D示出頂點(diǎn)區(qū)域中的輸出分布；以及圖5A示出當(dāng)粒子流經(jīng)設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)棱鏡光學(xué)分離的光阱陣列時(shí)經(jīng)歷棱鏡光學(xué)分離的粒子的計(jì)算的概率密度。根據(jù)粒子的尺寸ap和折射率np將最初混合的樣本分為4個(gè)空間上分開(kāi)的部分。將最初混合的樣本的不同組分分為4個(gè)方向類別[10]、[21]、[31]和未偏轉(zhuǎn)。各個(gè)光阱顯示為本地概率最大值。圖5B示出由穿過(guò)陣列的平均傳輸方向描黑的粒子屬性ap和np的分布圖。虛曲線示出預(yù)測(cè)的不同鎖定傳輸條件之間的轉(zhuǎn)變分界線，其完全符合仿真結(jié)果。圖5A的顯色性示出按照穿過(guò)光阱陣列的軌跡的鎖定方向著色的粒子通過(guò)棱鏡光學(xué)分離所計(jì)算的概率密度；將輸出分為4個(gè)方向類別[10]、[21]、[31]和未偏轉(zhuǎn)；各個(gè)光阱顯示為本地概率最大值；圖5B的顯色性示出按照穿過(guò)陣列的平均傳輸方向著色的粒子屬性ap和np的分布圖。紅色[10]，綠色[21]，青色[31]，藍(lán)色未偏轉(zhuǎn)。圖6示出用于實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)所描述的系統(tǒng)和方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選形式中，將光阱模擬為膠粒的勢(shì)能阱。移動(dòng)穿過(guò)非均勻光場(chǎng)的膠粒(例如球體)所經(jīng)歷的光學(xué)力取決于粒子的半徑Bp和折射率np。將光阱陣列中的第j個(gè)光阱模擬為三維高斯阱，
( 2 ΛV (r\a , ) = -V0 (ap,n ) exp -(I)
v^ 2σ (ap)J其深度為，もろ)=為き{2)且該深度取決于粒子與聚焦光束的相互作用的強(qiáng)度，其范圍通過(guò)以下表達(dá)式而取決于粒子尺寸，
「 π 、2 (0.6UV(、σ'Cai,) = ^+[(3)
其中，NA為將光聚到焦點(diǎn)的透鏡的數(shù)值孔徑。這里，m=np/nm為針對(duì)真空波長(zhǎng)λ的光的粒子的折射率ηρ相對(duì)于介質(zhì)的折射率rvp為向光阱供電的激光束的功率，c為真空中的光速。集中在位置！^處的N個(gè)相同的光阱的陣列因此產(chǎn)生圖景，
權(quán)利要求
1.一種用于粒子的受控分離的方法，該方法包括 提供具有多個(gè)粒子的樣本，所述粒子具有不同的尺寸分布； 準(zhǔn)備具有選定的陣列晶格常數(shù)的均勻的光阱陣列； 以驅(qū)動(dòng)方向角 將所述多個(gè)粒子輸入到所述均勻的光阱陣列；以及 根據(jù)可變的粒子屬性，沿不同的方向 v分離所述多個(gè)粒子。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述可變的粒子屬性包括第一屬性和另一屬性中的至少一個(gè)，其中，將第一粒子不偏轉(zhuǎn)地穿過(guò)所述光阱陣列，并將另一粒子在范圍AQv1內(nèi)沿方向^偏轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一屬性主要包括為太小而不能被偏轉(zhuǎn)的尺寸，從而繼續(xù)沿著驅(qū)動(dòng)方向 V。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述另一屬性包括為較大的粒子尺寸和在所述范圍AQv1R沿所述方向I偏轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述另一屬性包括仍為較大的粒子尺寸和在范圍A V2內(nèi)沿方向I偏轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述另一屬性包括導(dǎo)致在范圍A V3內(nèi)沿方向小3偏轉(zhuǎn)的折射率np。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述折射率包括復(fù)折射率。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，修改所述選定的陣列晶格常數(shù)以調(diào)節(jié)方向V。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，修改所述驅(qū)動(dòng)方向角以調(diào)節(jié)方向V。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述復(fù)折射率包括
11.一種用于粒子的受控分離的系統(tǒng)，所述粒子具有多個(gè)屬性，該系統(tǒng)包括 光阱陣列，所述光阱陣列具有選定的陣列晶格常數(shù)，所述選定的陣列晶格常數(shù)被確定成按照所述粒子的多個(gè)屬性中的至少一個(gè)屬性偏轉(zhuǎn)所述粒子。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括計(jì)算機(jī)和用于執(zhí)行準(zhǔn)備均勻的光阱陣列的步驟的嵌入式計(jì)算機(jī)軟件。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述晶格常數(shù)包括至少一個(gè)值。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述晶格常數(shù)包括至少兩個(gè)不同的值沿所述陣列的一個(gè)方向的一個(gè)晶格常數(shù)值和沿所述陣列的另一方向的另一個(gè)晶格常數(shù)值。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述光阱陣列是均勻排布的。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述光阱陣列具有選定的有效的光學(xué)和勢(shì)能特性，所述特性與粒子折射率相互作用，從而導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)的偏轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，有效的光學(xué)特性和勢(shì)能包括所述光阱的選定的勢(shì)能深度。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)軟件以控制所述光阱陣列的計(jì)算機(jī)。
19.一種永久的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括可通過(guò)其上的硬件處理裝置訪問(wèn)的用于具有多個(gè)屬性的粒子的受控分離的指令，其中，當(dāng)所述處理裝置執(zhí)行所述指令時(shí)，所述處理裝置配置為生成全息圖以產(chǎn)生具有選定的陣列晶格常數(shù)的光阱陣列，所述 選定的晶格常數(shù)被確定成按照所述粒子的多個(gè)屬性中的至少一個(gè)屬性偏轉(zhuǎn)所述粒子。
全文摘要
一種用于粒子的受控分離的方法和系統(tǒng)。樣本具有多個(gè)不同尺寸分布的粒子。用于制備光阱的均勻的陣列具有選定的陣列晶格常數(shù)。多個(gè)粒子，以驅(qū)動(dòng)方向角將多個(gè)粒子輸入到均勻的光阱陣列，且根據(jù)可變的粒子屬性沿不同方向分離多個(gè)粒子。
文檔編號(hào)G01N15/14GK102753954SQ201080063305
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者大衛(wèi)·G·格里爾, 蕭科 申請(qǐng)人:紐約大學(xué)