CN101627328A - 在液芯波导内基于光学进行分选的装置 - Google Patents

在液芯波导内基于光学进行分选的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101627328A
CN101627328A CN200680016298.9A CN200680016298A CN101627328A CN 101627328 A CN101627328 A CN 101627328A CN 200680016298 A CN200680016298 A CN 200680016298A CN 101627328 A CN101627328 A CN 101627328A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid core
fluidal texture
core waveguide
solution
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200680016298.9A
Other languages
English (en)
Inventor
D·穆斯
E·坦纳
J·普里瓦
O·阿卡克里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arryx Inc
Original Assignee
Arryx Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arryx Inc filed Critical Arryx Inc
Publication of CN101627328A publication Critical patent/CN101627328A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/032—Optical fibres with cladding with or without a coating with non solid core or cladding
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/149—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry specially adapted for sorting particles, e.g. by their size or optical properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/0346—Capillary cells; Microcells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)

Abstract

本发明涉及一种通过组合液芯波导内形成的专用光强图案并且稀释该波导的流体介质内流动的粒子(例如，细胞、血液、纳米粒子等)悬浮液从而对该波导内流动的流体介质中的粒子进行分选的装置。通过使用这种可控制限定于波导内的光所引入的光学力的专用光强图案以及控制液流(或多通道液流)所引入的流体动力，便可以实现粒子的分选。

Description

在液芯波导内基于光学进行分选的装置
有关申请的交叉参照
本申请要求2005年4月8日提交的美国临时专利申请60/669,357的优先权，其全部内容引用在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种通过组合液芯波导内形成的专用光强图案并且稀释该波导的流体介质内流动的粒子(例如，细胞、血液、纳米粒子等)悬浮液从而对该波导内所流动的流体介质中的粒子进行分选的装置。通过使用这种可控制限定于波导内的光所引入的光学力的专用光强图案以及控制液流(或多通道液流)所引入的流体动力，便可以实现粒子的分选。
背景技术
液芯光波导(也称为光导)已作为诊断用光检测器用于在液芯中的液态样品中耦合荧光生成的光。
尽管已通过空间光调制器(SLM)将本征模式成功入射到多模光纤中(参照F.Dubois、Ph.Emplit和O.Hugon，Optics Letters，Vol.19No.7，1994年4月1日)，但是所用光纤具有固态芯，所以只能用作光的导管。此外，尽管具有固态芯的光纤已与衍射光学元件一起使用以便按特定的本征模式进行入射，但是其目的仅仅只是研究其传播特征。
然而，在上述实验中，未曾表明液芯波导有可能用于分选粒子/细胞。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施方式用于分选粒子的液芯波导装置的示意图。
图2示出了根据本发明用于分选粒子的液芯波导装置中所用的环形本征模式的另一实施方式的透视示意图。
图3A示出了根据本发明使用空间光调制器将多个本征模式或时变本征模式序列引入用于分选粒子的液芯波导装置中的另一实施方式的透视示意图。
图3B示出了沿图3A的液芯波导的线B的横截面。
图3C示出了沿图3A的液芯波导的线C的横截面。
图4A示出了根据本发明用于分选粒子的液芯波导装置的另一实施方式的透视示意图，其中流体输入所控制的流体动力以及重力与该波导内的光学力组合起来以选择性地将期望的粒子引入用于分选的出口收集区域。
图4B示出了图4A的备选实施方式，其中电场或磁场可以与波导内的光学力组合起来使用以帮助将粒子分选成不同的输出通道。
图5示出了根据本发明用于分选粒子/细胞的装置的另一实施方式的示意图，其中该装置被集成到离心机中。
图6A示出了根据本发明另一实施方式入射贝赛耳光束本征模式的液芯波导的示意图。
图6B示出了与图6A的实施方式一起使用的旋转三棱镜的示意图。
图6C示出了与图6A的实施方式一起使用的环形孔径的示意图。
图6D示出了与图6A的实施方式一起使用的环形孔径的示意图。
图7示出了现有技术的贝赛耳光束相互作用的示意图。
图8示出了根据本发明用于分选粒子/细胞的装置中所用的波导的另一实施方式的示意图，其中示出了重复的贝赛耳光束。
图9A示出了根据本发明用于分选粒子/细胞的装置的液芯波导的另一实施方式的示意图，其中包括位于侧面且被包括在流动芯片(flow chip)上的纳米多孔开口。
图9B示出了图9A的备选实施方式的示意图，其中包括纳米多孔侧面被包括在相似的流动芯片上的谐振腔。
图10示出了根据本发明用于分选粒子/细胞的装置的液芯波导的另一实施方式的示意图，其中示出了作为输入和输出界面的纳米多孔膜。
图11示出了根据本发明用于分选粒子/细胞的装置的液芯波导的另一实施方式的示意图，其中示出了具有子波长流体输入和输出的正方形而非圆柱形波导结构。
图12A示出了根据本发明用于分选粒子/细胞的装置的液芯波导的另一实施方式的示意图，其中仅示出了通过子波长开口(纳米通道)被引入液芯波导中的一部分流体。
图12B示出了根据本发明用于分选粒子/细胞的装置的液芯波导的另一实施方式的示意图，其中示出了纳米多孔膜而非纳米通道。
发明内容
本发明涉及一种通过组合液芯波导内形成的专用光强图案并且稀释该波导的流体介质内流动的粒子(例如，细胞、血液、纳米粒子等)悬浮液从而对该波导内流动的流体介质中的粒子进行分选的装置。通过使用这种可控制限定于波导内的光所引入的光学力的专用光强图案以及控制液流(或多通道液流)所引入的流体动力，便可以实现粒子的分选。
在本发明中，应该注意的是，光场中的光子携带着动量，这可以通过折射率失配而被转移到表面。因此，采用高数值孔径显微镜物镜将其紧密聚焦的光线就可以俘获微观粒子/细胞(其折射率大于周围介质)。该聚焦光斑起着光学陷阱的作用。在光学陷阱中，有两类力作用于粒子上。散射力顺着光束推动粒子(光子动量转移到粒子)，梯度力是光强在粒子上的梯度的函数并且使粒子被吸引到净梯度力为零的陷阱中心。高数值孔径物镜允许施加高梯度力，从而抵消因散射力顺着光束推动粒子而不俘获它们的竞争趋势。粒子上的俘获力取决于光强分布、偏振、波长、粒子的折射率、粒子周围液态介质的折射率、粒子的形状。由此，具有不同折射率和/或形状的粒子将感觉到不同量的光学力。
本发明利用这一原理基于施于不同粒子上的不同光学力来分选不同粒子。例如，在存在流体流动的情况下，光学俘获的粒子将感觉到额外的流体动力阻力；当多种类别的粒子被俘获在同一光学陷阱中时，该阻力可能足以使一类粒子移开而其它类粒子不动。
在上述光学俘获几何结构中，朝着焦点会聚并形成光学陷阱的光接下来发散，并且不再用于形成另一个俘获图案。本发明包括能够通过延长结构对粒子施加光学力的器件，该延长结构被设计成沿其长度保持光强图案。这种延长结构或流管将被填充一种具有粒子稀释浓度的液体。使用内反射表面或者使用一种允许光在流管内进行全内反射(即液芯光波导的定义)的材料使入射到流管中的光始终限制在流管内。因为流管的横截面尺寸通常比光的波长大得多，所以该流管支持沿流管长度具有恒定分布的光的多种本征模式或图案(即，流管具有液芯光波导的作用)。
例如，在具有圆柱几何结构的流管中，可以支持由贝赛耳函数定义的多个本征模式。本发明允许将任意光图案(包括任意本征模式)入射到流管(液芯光波导)中。将本征模式入射到流管中的益处是沿流管长度方向保持着光的横截面图案，从而允许重新利用该光，使之能够对许多沿流管长度方向的粒子施加光学力。
在本发明中，计算机控制的空间光调制器或静态衍射光学元件被用于对激光光源的波前的不同部分施加相位延迟以便在液芯波导中产生期望的光图案(即本征模式、贝赛耳光束等)。
在根据本发明的一个实施方式中，用于分选粒子/细胞的装置包括液芯波导，来自光源(比如激光器)的光通过耦合光学器件被引导至该液芯波导中。耦合光学器件包括计算机控制的衍射光学元件(DOE)，比如空间光调制器(SLM)，这种衍射光学元件将“专用的光强图案”引导至液芯波导中。该液芯波导包括外表部分以及具有内表面的中心中空部分。稀释的粒子/细胞悬浮液是通过液体输入区域而输入的，并且被输入到该波导的中空部分中。在流过该波导的整个长度并且经受所产生的专用光强图案之后，流过中空部分的溶液流出到收集区域，在收集区域处该溶液被分成多个组成部分。涂层可以被设置在中空部分的内表面上，并且可以由能进行内全反射的反射材料制成使之产生功能波导，它可以支持“专用光强图案”或被入射到该波导中的多个本征模式。
在备选实施方式中，波导的外表部分可以由其折射率比流过中空部分的溶液要低的材料制成，这将获得相同的结果。
本发明的另一实施方式包括圆柱形波导中的环形本征模式(即贝赛耳函数)。如果本征模式是贝赛耳函数，则光输入将是贝赛耳光束。当从储槽输入带有待分选的粒子/细胞的溶液时，具有更高折射率的粒子将择优地被吸引到光管或环形区域，而折射率相对较低的粒子将停留在中心区域。在该波导下游的不同收集部分中，可通过环形收集输出来收集上述粒子。
在本发明的另一个实施方式中，用于分选粒子/细胞的装置包括液芯波导，来自光源的光通过耦合光学器件被引入该液芯波导中，空间光调制器(SLM)将多个本征模式或时变的本征模式序列引入该液芯波导中，这在用于分选过程的横截面强度分布中产生了受控的依赖于时间的变化。
在用于分选粒子/细胞的装置(它包括将光线引入其中的液芯波导)的另一实施方式中，可以将多个本征模式选择性地入射到光纤中，并且流体输入(通过该流体输入引入了包含待分选的粒子/细胞的溶液)所控制的流体动力以及重力与波导内的光学力组合起来以选择性地将期望的粒子引入输出收集区域以便于分选。
在备选实施方式中，利用电极所加的电场或磁场与波导内的光学力相结合，有助于将粒子分选到不同的输出通道。
在另一备选实施方式中，来自光源和耦合光学器件(包括空间光调制器)的光被引导到波导中，并且被并入带液芯波导的离心机中，该液芯波导包含密度梯度腔以便于基于光学特征和密度进行分选。适合装入离心机中的器件将提供额外的物理参数以分离溶液中的纳米粒子部分(即，作为对与密度相结合的光场的差异响应的结果，产生分离)。
在根据本发明的另一实施方式中，用于分选的一个具体本征模式或“专用的光密度图案”使用了被引入液芯波导中的贝赛耳光束(它是一类本征模式的示例)。在液芯波导介质内流动的物体(例如，粒子、细胞、纳米粒子等)暴露于贝赛耳光束强度图案或高强度光线，它们可以被光学力俘获并且被限定在光轴所定义的沿线。
尽管已示出贝赛耳光束可以在沿光轴被部分阻断之后重新形成，但是本发明所揭示的光束再生的备选方法是将它入射到反射/全内反射中空芯圆柱体(液芯波导)。
在本发明的本实施方式的一个示例中，一装置包括一重复贝赛耳光束实施方式，它包括激光器、旋转三棱镜以及带有高度反射的子波长粗糙内部的圆柱体。圆柱体或波导的反射内表面允许光线在聚集形成贝赛耳光束之后朝着光轴往回反射，使之可以重新形成另一个贝赛耳光束。
在根据本发明用于分选粒子/细胞的装置的一个示例性实施方式中，光可以被限定在液芯波导或谐振腔之内。在使用波导的实施方式中，波导被包括在流动芯片中，该流动芯片可以用于将溶液引至波导周围且穿过波导侧面上的纳米多孔输入孔。流体内所悬浮的纳米粒子与波导内的专用光图案相互作用并且使它们的位置发生偏离，所以当该流体将这些粒子运输到另一侧波导之外时，可以很容易地将这些纳米粒子分选到不同的输出通道。
在备选实施方式中，谐振腔与流体芯片合并到一起，并且通常具有一个部分反射的末端镜子，通过该镜子来自激光器的光线最初被入射到该系统中，而另一端镜子可以是完全反射的。
在根据本发明的另一实施方式中，用于分选粒子/细胞的装置将包括一种结构，在该结构中通过带纳米多孔膜的末端可以将全部溶液流引入液芯波导中，从而允许所有的溶液与液芯波导内的光场相互作用。
在根据本发明的另一实施方式中，用于分选粒子/细胞的装置包括使用液芯波导，该液芯波导也是谐振腔且与纳米粒子流动通道相耦合，从而允许整个流与波导内的光场相互作用。
在根据本发明的另一实施方式中，液芯波导可以具有非圆柱对称性(例如，矩形)。
在根据本发明的另一实施方式中，上述流中只有一部分被引入或者暴露于从液芯波导中穿过子波长开口的光线。
在根据本发明的其它实施方式中，如上所述，光场也可以是展开的一组本征模式，这些本征模式可以用计算机控制的空间光调制器来引入，从而允许基于差异的光学卷吸来进行分选。在该腔的末端处，基于流动流中的最终平衡位置，该流可以被分选成多个分离的部分。
最终，在根据本发明的其它实施方式中，如上所述，通过分选出与光线相互作用的粒子并收集剩余的溶液而非粒子，便可以使流入该波导中的液体溶液纯化。
至此已描述了本发明的一些特征，以便更好地理解下面的详细描述并且更好地理解本申请对现有技术的贡献。当然，本发明的其它特征将在下文中描述并且将构成所附权利要求书的主题。
在这一方面中，在详细解释本发明的至少一个实施方式之前，应该理解，本发明并不限于下文详细描述或附图中所阐明的结构细节以及各组件的排列方式。本发明的方法和装置能够具有其它实施方式并且能够以各种方式来实践和实施。此外，应该理解，本文所用的短语和术语以及摘要都是为了描述并且不应该被视为限制性的。
本领域的技术人员将会理解，本文所基于的概念可以很容易用作设计其它结构、方法和系统以实现本发明的若干目的的基础。因此，重要的是，权利要求书应该被视为包括这些等价的结构，只要它们没有背离本发明的方法和装置的精神和范围。
具体实施方式
本发明涉及包括波导以及在其中起作用的光学力的装置，并且介绍了将专用光强图案输入到液芯波导中以便于分选粒子的新想法，还详述了如何引入这种本征模式。本发明的一种应用便是血液分选。
光线对悬浮的粒子或细胞施加相对较小的辐射压力(主要是因为细胞和血浆之间有很小的折射率失配)。“光线”通常是指可见光，但可以包括波长从紫外(UV)200nm到近红外(2500nm)的电磁波谱的全部。在粒子或细胞的分散悬浮液中，辐射压力对溶液中不同组分的差异作用可以作为粒子/细胞分选的基础。
为了实现细胞/粒子片段的显著位移以达到高吞吐量的分离目的，光与流动的粒子/细胞的相互作用时间必须很高。本发明的一个实施方式描述了一种器件100，它通过将光线和粒子/细胞流限定在同一几何结构(被称为液芯波导101)中从而允许高光强和长相互作用时间。
图1示出了用于分选粒子/细胞的装置100的一个实施方式的示意图，它包括液芯波导101。装置101包括光源102(比如激光器)，它输出的光线通过耦合光学器件103被引导至液芯波导101中。
耦合光学器件103包括透镜104，透镜104将光线引导至计算机控制的衍射光学元件(DOE)105，比如空间光调制器(SLM)。经衍射的光束入射到用万向架固定的镜子106，通过透镜107的传输，入射到另一个用万向架固定的镜子108，并且通过光输入窗口109输入到液芯波导101中。
由此，计算机生成的全息图由激光器102产生，例如，激光器102发出的光束穿过计算机控制的空间光调制器105以及透镜104、107。这些透镜具有光束渐缩器(reducer)的作用，使得光束能够有效地耦合到液芯波导101的开口中。由此，产生了将要被入射到液芯波导101中的“专用光强图案”。
应该注意的是，只要期望的专用光强图案能得以实现，则耦合光学器件103和DOE 105的位置都可以采用各种不同形式以提高效率和有效性。
液芯波导101包括外表部分111以及带有内表面112的中心中空部分110，其中心光轴118顺着波导101的中心。泵机构113通过液体输入区域114将稀释的粒子/细胞悬浮液引入波导101的中空部分110。
中心中空部分110的内部尺寸大于待分选的粒子，能让粒子流过，并且允许耦合光学器件103所产生的专用光图案作用于这些粒子上并将它们引导至波导101的中心液芯内的不同目标区域。
在穿过波导101的全长并且经受所产生的专用光强图案之后，流过中空部分110的溶液流出到收集区域115，同时该光线从波导101中出射。收集区域115(沿图1中线A看看)具有输出通道116、117，这些通道配置在与中空部分110有关的空间中，并且粒子/细胞从波导101中出来且经通道116、117分离成多种组成部分，再被收集到经分选的粒子或片段119、120。
为了使波导101具有分选粒子的功能，光线必须在填满液体的芯或中心部分110的内表面112处产生全内反射。因此，涂层121可以设置在中空部分110的内表面112上，涂层121材料的折射率小于流过该芯101的溶液的折射率。换句话说，涂层121可以由能够实现内全反射的反射材料制成以产生具有上述功能的波导101，该波导101可以支持被入射到波导101中的“专用光强图案”或本征模式而并无多少光线损失，并且该光线可以作用于沿波导101全长的待分选的粒子。
对于水(折射率是1.33)中的悬浮液，折射率为1.29-1.31的Teflon
Figure A20068001629800141
等涂敷材料可以用于涂敷中空部分110的内部并且产生液芯波导101。然而，本领域的技术人员会知道，针对所流入的溶液，液芯波导101的内表面可以涂有反射材料或者涂有能在所用波长处实现全内反射的任何材料(即，在波长λ处内涂层的折射率nic(λ)小于该溶液的折射率n溶液(λ)，即nic(λ)＜n溶液(λ))。
在备选实施方式中，波导的外表部分111可以由折射率比流过中空部分110的溶液要低的材料制成，这也能够实现相同的结果。
图1所示的器件100可以用于各种应用。为了用光线进行分选，光线必须差异地作用于每一种组分。例如，在血液分选的情况下，血小板的折射率失配显著小于血红细胞，从而允许用激光更容易地推动血红细胞(对于平面波入射，计算出的血红细胞的Q(“Q”是光强与因光动量转移到细胞而对细胞施加的力之间的正比常数)因子比血小板大5倍以上)。
由此，用于共焦面处k＝0组分的中心光斑阻挡器挡住了第0阶光束使其无法到达空间光调制器105的表面。因此，具有更高Q因子的细胞(即血红细胞)可以由展开的模式分布来引导，而Q因子较低的细胞(比如血小板)相对而言将很少被以光学方式卷吸，从而允许根据细胞在横截面中的位置将它们区分开。由此，基于差异的光学卷吸，将粒子/细胞溶液输出区分成不同的部分119、120，从而实现了分选。
对于分选像血红细胞这样的粒子(其大小约为10微米的量级)，波导或流管101(比如中空的多模光纤)的内直径必须大于光的波长以使血液细胞的溶液有效地流过该波导或流管101。尽管标准多模传播的平横截面强度分布无法用于分选，但这种大尺寸意味着可以支持多个光学模式。然而，在本发明中，通过使用波导内的专用光线图案(与上述标准强度分布相反)，便可以实现粒子/细胞的分选。
图2示出了本发明的另一个实施方式，其中包括圆柱形波导或流管201中的环形本征模式(即贝赛耳函数)，高强度横截面图案形成环形。光源203(激光器)提供了光束，并且与耦合光学器件204(包括SLM 205)一起通过光输入区域206将光线入射到波导201中。
如果本征模式是贝赛耳函数，则光输入将是贝赛耳光束，这种光束是可用n阶贝赛耳函数来描述的光强图案，请参照D.McGloin和K.Dholakia，Contemporary Physics，Vol.46，No.I5Jan-Feb 2005，15-28。该图案的特殊性质是，在理想情况下随着光束的传播横截面中没有任何变化，由此光束可以被视为没有衍射或不变传播。这意味着，贝赛耳光束可以形成沿光轴214延伸的衍射受限光斑，光轴214可以是相对于液芯波导轴而定义的。
在图2中，带有待分选的粒子/细胞的溶液是从存储槽207中输入的(即被泵到波导201中)，并且折射率较高的粒子将择优地被吸引到光管或环形区域208(即“x”粒子)，而折射率相对较低的粒子将留在中心区域(即“o”粒子)。通过波导201下游的环形收集输出209，收集上述粒子。被吸引到环形区域208的粒子是通过收集端口211来收集的，而其余粒子(即“o”粒子)则是通过收集部分210来收集的，该收集部分210收集被环形区域209推开的粒子或在中心区域具有较低折射率的粒子。上述粒子被收集成两部分212和213。相应地，器件200可以光学方式来有效地分选所输入到器件200中的粒子/细胞。
在根据本发明的另一个实施方式中，图3A示出了用于分选粒子/细胞的装置300，其中包括液芯波导301，光线从光源302(激光器)经耦合光学器件303和空间光调制器(SLM)304引入到液芯波导301中。SLM 304将多个本征模式或时变本征模式序列引入液芯波导301中，这在横截面强度分布中产生依赖于时间的受控变化，从而有利于分选。
由此，通过选择性地向一些液芯波导301入射本征模式并且使用这些本征模式之间的耦合及其差异性传播特征，便可以在横截面强度分布中实现依赖于时间的受控变化。另外，入射到液芯波导301中的本征模式或光图案可以在若干或许多图案之间进行调制，从而产生主动应用的动态光分布图案。这些动态图案(被动模式耦合和/或主动模式调制)可能包括不止一个激光光源302在不同波长处所产生的图案，并且被设计成可以手动的方式来实现粒子的最优分选。
例如，沿线B的横截面图示出了带有图3B中的环形模式和中心贝赛耳光斑的光图案，其中“x”粒子被吸引到外光管，而往下游一点沿线C，图3C所示横截面图示出了在环形模式中的光能。然而，通过使用SLM 304，这些横截面“专用光强图案”可以在时间或空间方面有所变化。
(为简便起见，图3A-C没有示出带有粒子的溶液，但是通过使用上述动力学便能分选上述分选的粒子，对于其它实施方式，经分选的粒子将通过收集结构306来进行收集)。
图4A示出了用于分选粒子/细胞的装置400的另一实施方式，其中包括液芯波导401，光线从光源402(激光器)经耦合光学器件403和空间光调制器(SLM)404被引入液芯波导401中。
图4A示出了如何可以利用计算机生成的全息图选择性地将本征模式入射到光纤401中，该全息图生成在耦合光学器件403中，且是由来自激光器402的光，接着经SLM 404空间滤光再聚焦于管子401中所生成的。
流体动力(由流体输入405所控制，通过该流体输入从存储槽405引入包含待分选的粒子/细胞的溶液)以及重力407与波导401内的光学力相结合，选择性地将期望的粒子引导至输出收集区域408以便于分选。沿波导401的光轴406流动的被吸引到该光线的粒子最终进入顶部输出通道409并且进入收集存储槽411，因为它们并不能迅速稳定并且像“x”粒子那样移动到波导401的底部，上述光线推开这些“x”粒子并且重力作用于其上以使它们最终通过底部输出通道410进入收集存储槽412。
在备选实施方式中，图4B示出了如何可以将用电极450施加的电场或磁场与波导内的光学力相结合以帮助将粒子分选到不同的输出通道451-453。
在另一个备选实施方式中，图5示出了如何将来自光源和耦合光学器件(包括空间光调制器500，比如图1所描述的那样)的光线引导至波导501中并将其并入包含密度梯度腔504且带有液芯波导501的离心机502中，其目的是基于光学特征和密度进行分选。
换句话说，流入管子501中的液体溶液也可以形成密度梯度，并且适合装入离心机502中的器件500将提供额外的物理参数以便将溶液中多种纳米粒子部分分离(即，作为对与密度相结合的光场的差异响应的结果来产生分离)。在本实施方式中，通过电动机503的轴，可以将光耦合到离心机502的电动机503中。(应该注意的是，，在转子503和心轴506之间有一空气间隙505。)
在本发明的另一实施方式中，在图6A所示的装置600中揭示了一种用于分选的且使用了贝赛耳光束的特定本征模式或“专用光强图案”。本实施方式特别将贝赛耳光束引入液芯波导601中(这将是一类本征模式的示例)。
图6A示出了在液芯波导600内的贝赛耳光束光强图案，其中示出了沿光轴603的传播以及中心高强度光线线条605，该光线线条605可以具有线条陷阱的作用，从而俘获微观物体。由此，在液芯波导介质内流动的物体(即粒子、细胞、纳米粒子等)暴露于贝赛耳光束强度图案或高强度光线线条，这些物体可以被光学力俘获并且被限制在光轴603所定义的线条605上(其它箭头604示出了局部最大值和最小值的环)。沿着中心芯/线条陷阱605，沿该中心芯光斑指向光轴603下方的光(光子)压也可以向下推动物体。
众所周知，通过旋转三棱镜光学元件(锥形透镜)606(参照图6B)发出光线，或者通过成像透镜的后焦面中的环形孔径607(参照图6C，它只允许受限的一组k矢量穿过)发出光线，便可以形成贝赛耳光束。或者，通过“以全息术的方式”来定形光线，即利用衍射光学元件608(参照图6D)来创建旋转三棱镜全息图，该全息图再被中继到成像透镜(即物镜)的后孔径平面，也可以形成贝赛耳光束，就像图6A所示那样。
如上所述并参照图1的实施方式，图6A包括耦合光学器件(包括602)，该耦合光学器件可以利用计算机生成的全息图(接下来该全息图经空间滤光并聚焦到管子601中)将多种本征模式入射到光纤中。由此，如上所述，用于共焦面处k＝0组分的中心光斑阻挡器挡住了第0阶光束使其无法到达空间光调制器的表面，并且允许Q因子较高的细胞可以由展开的模式分布来引导，而Q因子较低的细胞(比如血小板)相对而言将很少被以光学方式卷吸，从而允许根据细胞在横截面中的位置将它们分开。
图7取自D.McGloin和K.Dholakia的文章(Contemporary Physics，vol.46，No.1，Jan-Feb 2005，15-28)，其中A表示旋转三棱镜，而γ则是旋转三棱镜的打开角度。Zmax是贝赛耳光束的传播距离。B示出了所形成的贝赛耳光束，其中最大值在中心线处，局部最大值用于定义多个离轴的环。G表示具有高斯输入分布的输入光束。
事实上，光斑沿光轴传播的长度Zmax是由成像透镜的半径控制的，或者是由用于照射成像透镜的高斯光束的宽度(w0，如图7所定义的那样)控制的，其中n是旋转三棱镜材料的折射率，而γ则是旋转三棱镜的打开角度。
Zmax≈w0/θ其中θ＝(n-1)γ
然而，在本发明中，通过在波导内任意地延迟贝赛耳光束的线长，贝赛耳光束便被用作在液芯波导内分选/推动粒子/细胞的方法。
本发明的一个备选实施方式可以使用静态溶液悬浮液，其中光线将具有粒子传播源的作用，从而产生一个穿过波导601的中心的流动场。例如，在图1中，将用存储槽来替代泵113，该存储槽允许粒子在一定限制下扩散到流体输入114中。
尽管已示出贝赛耳光束在沿光轴被部分阻断之后还可以重新形成，但是本发明所揭示的光束再现的备选方法是将它入射到反射/全内反射中空芯圆柱体(液芯波导)中。
在本发明的本实施方式的一个示例中，图8示出了包括这种重复贝赛耳光束实施方式的装置700，它包括激光器701、旋转三棱镜202以及带有高度反射的子波长粗糙内部的圆柱体703。圆柱体或波导703的反射内表面允许光线在会聚构成贝赛耳光束之后朝着光轴704往回反射，使之重新形成另一个贝赛耳光束(参照重复的段705)。通过修改合适的参数(例如，光束波导的半径)，就可以调谐正在重新形成的贝赛耳光束的间隔。
这种圆柱体703的内表面的平行性和平整性必须足够高以使该方法能实际可用。像镜子一样的涂层可以应用于内表面706，或者内表面706可以涂有一种准许全内反射的材料(对于给定的波长和溶液折射率，如上文结合图1所描述的那样)。
为了利用俘获/推进来分选粒子，这种圆柱体703填充了通过流体输入707输入的含某些稀释粒子的液体(溶液)。如上文使用本征模式的那些实施方式所提及的，可以使用这种设备700来基于每一个粒子/细胞片段的不同Q值进行粒子/细胞的分选。如上所述，Q是撞击粒子的光强与所赋予的力之间的正比常数。光子压力所产生的力更容易推动具有较高Q值的粒子类型(或细胞)。
由此，在图8的实施方式中，通过重复地产生适合于光学俘获的衍射受限光图案，便可以重复使用未散射的激光，若使用正常的高斯光学陷阱则这种未散射的激光可能已损失。通过减小激光功率并将分选设备简化成可以很便宜且大批量生成的少量组件，便提供了一种能基于光学特性分离不同物体分布的便宜且紧凑的系统。如果反射角是充分钝角的，则中空芯光纤就可以用作圆柱体703的替代品。
如参照图6所述，在备选实施方式中，本发明可以应用于静态溶液悬浮液，其中光线具有粒子传播源的作用，或者，可以将溶液有效地泵到波导703的中心，从而产生流动场。图1示出了泵和存储槽以实现该结果。
此外，如上所述且如图所示，在贝赛耳光束波导中，重力场、磁场和/或电场都可以作为另外的手段与光场/流体动力场的差异作用相结合来分选粒子/细胞。磁场和/或电场可以通过波导的表面来引入，从而基于粒子与这些场的差异相互作用而具有额外的分离能力。垂直作用的重力也可以用于基于密度来区分这些片段。
在本发明的另一个实施方式中，该装置利用了特别用于分选纳米粒子的液芯波导，并且在波导内引入了亚波长微孔。本发明的一个重要特征是，波导中存在的亚波长输入和输出端口(比如参照图1)允许纳米粒子流入其中并且允许这些纳米粒子接着与高强度光场相互作用。波导中的开口的长度都是亚波长的尺度，这些开口不会导致明显的光损耗，但仍然允许将纳米粒子引入该结构中。尽管限于分选非常小的粒子(相对于光的波长)，但是本实施方式并不要求粒子沿波导长度方向流动，这意味着输出收集区域并不必须位于波导末端。
在本发明用于分选粒子/细胞的装置800的一个典型实施方式中，光线可以被限定在液芯波导(参照图9A)或谐振腔(参照图9B)之内。
在图9A中，激光器801和光耦合光学器件802将本征模式图案入射到液芯波导803中，但波导803的末端804被封住了且液流穿过波导804的侧面805横向移动。流体是从存储槽806中泵来的，但是流体芯片807可以用于将该溶液引导至波导803周围，从而使该溶液穿过侧面805上的纳米多孔输入孔808。该流体内悬浮的纳米粒子与波导803内的专用光图案相互作用并使其位置发生偏移，使得当流体将粒子运到波导803另一侧之外时，纳米粒子可以很容易地被分选到不同的通道809、810、811。
图9B的典型实施方式示出了一种相似的分选装置900，它具有用于产生光线的激光器901和耦合光学器件902，该装置900是由带纳米多孔侧面的谐振腔903而非波导(如图9A所示)制成。与图9A相似的流体芯片907用于引入纳米粒子并引导流体穿过腔903内的光场并且朝向输出通道908-910以便于收集。谐振腔903通常具有一个部分反射的末端镜子904，来自激光器901的光线最初通过该镜子被入射到该系统中，并且另一端镜子905可以是全反射的。(值得注意的是，仍然可以像上文所述那样在耦合光学器件902中使用衍射元件来产生“专用光强图案”或本征模式。)
本发明使用的液体可以是任何分散的纳米粒子悬浮液(直径小于200nm的粒子)，基于它们对光场中不同的合力的反应(即Q值)可通过其物理和光学特性将它们分选出来。
在液芯波导/谐振腔903的任何表面上，可以安排亚波长尺寸的孔径所构成的阵列。这种纳米多孔表面将显著增大穿过波导903的纳米粒子的吞吐量，从而增大分选速率。这种表面上的孔密度将足够低以防止出现明显的光损耗。
如图10所示，在根据本发明的另一实施方式中，用于分选粒子/细胞的装置1000将包括一种结构，其中整个溶液流可以穿过利用纳米多孔膜的末端而被引入液芯波导1001中(如箭头所示)，从而允许所有溶液与液芯波导1001内的光场相互作用。
图10示出了液芯波导1001的光学外形(为了简化，周围结构均未示出)，它与前方纳米多孔膜1002以及波导1001的后端相耦合，从而允许整个流体与波导1001内的光场相互作用。如同上述实施方式那样，通过输出通道1004，在流体末端处可以收集多个片段。
值得注意的是，在本示例中，液芯波导1001具有空间变化光分布或“专用光强图案”(由上文参照其它图所描述的本征模式来确定)。每一个纳米粒子片段在该流体中的平衡位置将取决于浮力、流体动力和光学力之合力，并且使每一个片段处于流体场中不同的位置。然后，光波导/谐振腔中的流体可以分成单独的通道以便能够收集每一个片段。
如本领域普通技术人员所想到的那样，本发明的其它实施方式将使用“亚波长”输入和输出的变体，它们允许对纳米粒子进行分选。此外，“谐振腔”和液芯波导的组合以及“谐振腔”与用于分选的“专用光强图案”的组合就如参照图1和其它图所描述的那样与本发明的所有实施方式都相关。
值得注意的是，因为只使用了小的“亚波长”开口，所以只能分选小物体，但是，这意味着所使用的液芯波导也可以更小，像带有中空芯的单模光纤，这不同于血液分选应用可能使用的那些较大的示例。
此外，“纳米粒子”可以是指无机粒子(像量子点)、生物物体(比如病毒、DNA、悬浮的小泡等)、或其它有机/无机材料(像改性粒子或聚合物悬浮液)，只要待分选的物体的大小尺度是“亚波长”的并且可以通过亚波长输入而引入使之暴露于波导内的光场且几乎不明显损失光线就可以。
具体来讲，本发明的其它实施方式描述如下：
如上所述，如图4A和5所示，重力场、磁场和/或电场也可以作为其它手段来与光场/流体动力场的差异作用相结合进行纳米粒子的分选。
在根据本发明的另一个实施方式中，用于分选粒子/细胞的装置1100包括使用液芯波导1100，它也是一个谐振腔，与纳米粒子流体通道相耦合，从而允许整个流体与波导1101内的光场相互作用(参照图11)。同样，通过亚波长输入1102，整个流都可以被引入液芯波导1101中(如箭头所示)。通过在x和y方向上创建谐振腔从而形成的额外光场(如虚线箭头所示)也可以形成用于调谐光场分布。然后，光波导/谐振腔1101中的流体可以分成单独的通道1103以便能够收集每一种经分选的片段。
除了液芯波导1101内所建立的“专用光图案”(它具有在x、y和z方向上的光场分布)以外，还通过合适的窗口向其中入射激光或非激光光线(即引入本征模式)，在根据本发明的其它实施方式中，沿y和x的谐振腔也应该设置成具有适合反射的内表面和光源。
另外，如图11、12A、B所示，在本发明的另一个实施方式中，液芯波导1101可以具有非圆柱形对称(例如，矩形)。
在本发明的另一个实施方式中，通过亚波长的开口1201(为了简便，像上述实施方式那样其周围结构未示出)，只将一部分流体从液芯波导1200中引入或暴露于光线(参照图12A)。
在一个示例中，图12A示出了与纳米粒子流体通道1201相耦合的液芯波导1200的光学布局。液芯波导1200中的亚波长开口1202使光线无法传播到腔体之外。流体a是以光学方式被推动到波导1200中的，流体b是穿越的流体。图12A示出了如何可以将纳米粒子流暴露于来自液芯波导1200的“专用光强图案”的一部分，并且根据纳米粒子与内部光场的相互作用，有下列结果：
1)分流成带有或不带有进一步分离的波导流(箭头a，图12A)，或者，
2)包含没有显著相互作用的片段的流体在继续流动(箭头b，图12A)。
被吸引到波导1200内的纳米粒子流将与腔体长度下方的光场相互作用(1204是相互作用距离)。
在另一个实施方式中，图12B与图12A相似，但是示出了纳米多孔表面，这种纳米多孔表面用于使纳米粒子溶液流入液芯波导1200中，并且使非相互作用的纳米粒子溶液(流体b)流出该结构到达输出1203(其中纳米粒子片段很丰富)。
在根据本发明的其它实施方式中，如上所述，光场也可以是展开的一组本征模式，这些本征模式可以用计算机控制的空间光调制器(参照图1)来引入，从而允许基于差异的光学卷吸来进行分选。在该腔的末端处，基于流动流中的最终平衡位置，该流可以被分选成多个分离的部分。
最终，在根据本发明的其它实施方式中，如上所述，通过分选出与光线相互作用的粒子并收集剩余的溶液而非粒子，便可以使流入该波导中的液体溶液纯化。
应该强调，本发明的上述实施方式仅仅是为清晰理解本发明的原理而阐明的可能的实现方式示例。在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对上述实施方式作出变化和修改。所有这些修改和变化都旨在被包括在权利要求书所保护的本发明的范围之内。

Claims (41)

1.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
流动结构，溶液流过该流动结构，且光束被引入该流动结构；
设置在所述流动结构内表面上的涂层，所述涂层的折射率小于流过所述流动结构的溶液的折射率。
2.如权利要求1所述的液芯波导，其特征在于，所述涂层是能够在所用波长处实现全内反射的反射材料。
3.如权利要求2所述的液芯波导，其特征在于，nic(λ)＜n溶液(λ)，其中nic(λ)是所述涂层在波长λ处的折射率，而n溶液(λ)是所述溶液的折射率，n溶液(λ)在波长λ处。
4.如权利要求2所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构的内直径相对光波长要大，以便使所述溶液有效地流过所述流动结构。
5.如权利要求4所述的液芯波导，其特征在于，所述溶液是血液。
6.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
计算机控制的空间光调制器，调制所述光束；
多个透镜，所述经调制的光束被引导穿过所述多个透镜；以及
流动结构，溶液流过该流动结构，且所述经调制的光束被引入该流动结构。
7.如权利要求6所述的液芯波导，其特征在于，所述溶液是从存储槽中被泵到所述流动结构中的。
8.如权利要求6所述的液芯波导，还包括：
中心光斑阻挡器，挡住0阶光束，使其不能到达所述空间光调制器的表面。
9.如权利要求8所述的液芯波导，其特征在于，所述溶液中的粒子是根据所述流动结构中的横截面位置来进行光学卷吸和分离的。
10.如权利要求6所述的液芯波导，其特征在于，所述器件装入离心机。
11.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
流动结构，溶液流过该流动结构，且经调制的光束被引入该流动结构；以及，
用于以光学方式卷吸所述溶液内的粒子，从而允许根据所述粒子的横截面位置来分离所述粒子的装置。
12.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
流动结构，溶液流过该流动结构，且经调制的光束被引入该流动结构；以及
用于在所述流动结构内形成密度梯度，从而根据对光场和密度相结合的差异响应而产生分离的装置。
13.一种液芯波导，包括：
用于形成贝赛耳光束并将其投射到所述波导内所必需的激光器和光学元件；以及
具有中心芯的流动结构，其中有一个中心光轴，溶液流过所述流动结构并且所述贝赛耳光束强度图案被传播到所述流动结构中；
其中指向所述流动结构中心芯光轴下方的光压沿所述中心芯向下推动所述溶液中的物体。
14.如权利要求13所述的液芯波导，还包括：
旋转三棱镜光学元件，通过该旋转三棱镜光学元件发射光线，以形成所述贝赛耳光束光强图案。
15.如权利要求13所述的液芯波导，还包括：
环形孔径，处于成像透镜的后焦面中，通过所述环形孔径发射光线，以形成所述贝赛耳光束光强图案。
16.如权利要求13所述的液芯波导，还包括：
衍射光学元件，用于创建旋转三棱镜全息图，该全息图被中继到成像透镜的后孔径平面，以形成所述贝赛耳光束强度图案。
17.如权利要求13所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构具有部分或完全反射的内表面以及亚波长粗糙度内表面之一。
18.如权利要求13所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构是中空芯的光纤。
19.如权利要求17所述的液芯波导，其特征在于，所述反射内表面是由所述流动结构的内表面上所设置的涂层来提供的，所述涂层的折射率小于流过所述流动结构的溶液的折射率。
20.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
具有中心芯的流动结构，其中有一个中心光轴，溶液流过所述流动结构，且所述光束被引导至所述流动结构中；以及
通过形成和重新形成贝赛耳光束从而在所述流动结构内再生所述光束的装置。
21.如权利要求20所述的液芯波导，其特征在于，通过修改所述光束的半径，可以调谐重新形成的贝赛耳光束的间隔。
22.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
具有中心芯的流动结构，其中有一个中心光轴，溶液流过所述流动结构，且所述光束被引导至所述流动结构中；以及
利用贝赛耳光束在所述溶液中分选粒子的装置。
23.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
流动结构，溶液流过所述流动结构，且所述光束被引导至所述流动结构中；以及
通过辐射压力对所述溶液中的不同物体的差异作用来分选所述溶液中的物体的装置。
24.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
流动结构，溶液流过所述流动结构，且所述光束被引导至所述流动结构中；以及
基于所述溶液中的物体的Q值来分选所述物体的装置。
25.一种液芯波导，包括：
发射光束的激光器；
具有中心芯的流动结构，其中有一个中心光轴，静态溶液悬浮在所述流动结构中并且所述光束被引导至所述流动结构中；以及
利用贝赛耳光束来分选所述溶液中的粒子的装置，其中所述光束用作粒子传播的源。
26.一种液芯波导，包括：
用于发射光束的激光器；
流动结构，溶液流过所述流动结构，所述流动结构包括：
至少一个亚波长输入通道；和
至少一个亚波长输出通道；
其中在所述流动结构中所述溶液中的粒子与所述光束的高强度光场相互作用；并且
其中基于所述相互作用通过所述亚波长输出通道来分选粒子。
27.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构是谐振腔。
28.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，所述溶液是纳米粒子的悬浮液。
29.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，在所述流动结构内基于所述纳米粒子对Q值的反应，通过其物理和光学特性来分选所述纳米粒子。
30.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构是纳米多孔膜。
31.如权利要求30所述的液芯波导，其特征在于，所述纳米多孔膜包括亚波长的小孔尺寸。
32.如权利要求27所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构包括穿过所述谐振腔表面的亚波长尺寸的小孔阵列。
33.如权利要求27所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构是带有中空芯的单模光纤。
34.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，纳米粒子选自：有机粒子、生物粒子和无机粒子。
35.如权利要求26所述的液芯波导，还包括：
计算机控制的空间光调制器，从所述光束中产生出空间变化的光分布，并且分选所述纳米粒子是基于差异的光学卷吸。
36.如权利要求27所述的液芯波导，其特征在于，在所述谐振腔中x和/或y方向上创建附加光场，以调谐所述流动结构中的光场分布。
37.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构包括非圆柱形对称。
38.如权利要求1所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构包括非圆柱形对称。
39.如权利要求13所述的液芯波导，其特征在于，所述流动结构包括非圆柱形对称。
40.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，所述溶液中只有一部分是通过所述流动结构输入的。
41.如权利要求26所述的液芯波导，其特征在于，所述纳米粒子暴露于所述流动结构内的专用光强图案，从而导致所述溶液中一部分流体没有分离就发生分流，并且所述这一部分继续流动且输出的流体包含彼此不相互作用的片段。
CN200680016298.9A 2005-04-08 2006-04-10 在液芯波导内基于光学进行分选的装置 Pending CN101627328A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US66935705P 2005-04-08 2005-04-08
US60/669,357 2005-04-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101627328A true CN101627328A (zh) 2010-01-13

Family

ID=37087643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200680016298.9A Pending CN101627328A (zh) 2005-04-08 2006-04-10 在液芯波导内基于光学进行分选的装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7574076B2 (zh)
EP (1) EP1866672A4 (zh)
JP (1) JP2008536129A (zh)
CN (1) CN101627328A (zh)
WO (1) WO2006110749A2 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102486456A (zh) * 2010-12-03 2012-06-06 鲍元进 液芯波导检测装置
CN103630973A (zh) * 2013-12-17 2014-03-12 哈尔滨理工大学 液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法
CN106442081A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 北京本立科技有限公司 基于离心的无气泡液芯波导管进液装置
CN109880744A (zh) * 2019-03-22 2019-06-14 华南师范大学 光流控细胞分选芯片及其分选细胞的方法
CN109932450A (zh) * 2019-04-03 2019-06-25 安徽皖仪科技股份有限公司 流通池和具有其的液相色谱仪
CN113711008A (zh) * 2019-03-13 2021-11-26 马克思-普朗克科学促进协会 用于粒子测试的装置和方法

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11243494B2 (en) 2002-07-31 2022-02-08 Abs Global, Inc. Multiple laminar flow-based particle and cellular separation with laser steering
DE202005015728U1 (de) * 2005-10-07 2006-01-12 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg Optische Faser
WO2007129325A2 (en) * 2006-05-09 2007-11-15 Xceed Imaging Ltd. Optical sub wavelength super resolution imaging system and method
US7676122B2 (en) * 2006-12-11 2010-03-09 Jiahua James Dou Apparatus, system and method for particle manipulation using waveguides
JP4509154B2 (ja) * 2007-09-04 2010-07-21 ソニー株式会社 光照射装置、微粒子解析装置及び光照射方法
EP2263282B1 (en) * 2008-03-19 2011-11-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Waveguide and computed tomography system with a waveguide
US7908862B2 (en) 2008-05-06 2011-03-22 Thoupa Gen LLC Generator
GB0815774D0 (en) * 2008-08-29 2008-10-08 Univ St Andrews Optical manipulation
WO2010030939A1 (en) * 2008-09-12 2010-03-18 David Erickson Optical force based biomolecular analysis in slot waveguides
EP2198768A1 (en) * 2008-12-17 2010-06-23 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method for inspecting the inside of a narrow hose or tube particularly for medical use
US8711211B2 (en) * 2010-06-14 2014-04-29 Howard Hughes Medical Institute Bessel beam plane illumination microscope
US10051240B2 (en) 2010-06-14 2018-08-14 Howard Hughes Medical Institute Structured plane illumination microscopy
US10908066B2 (en) 2010-11-16 2021-02-02 1087 Systems, Inc. Use of vibrational spectroscopy for microfluidic liquid measurement
US20120225475A1 (en) * 2010-11-16 2012-09-06 1087 Systems, Inc. Cytometry system with quantum cascade laser source, acoustic detector, and micro-fluidic cell handling system configured for inspection of individual cells
JP2012119098A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Gigaphoton Inc 光学装置、レーザ装置および極端紫外光生成装置
US9242248B2 (en) * 2011-09-16 2016-01-26 The University Of North Carolina At Charlotte Methods and devices for optical sorting of microspheres based on their resonant optical properties
US9841367B2 (en) * 2011-09-16 2017-12-12 The University Of North Carolina At Charlotte Methods and devices for optical sorting of microspheres based on their resonant optical properties
US9469415B1 (en) * 2012-04-09 2016-10-18 The Boeing Company Method, system, and apparatus for a diffractive based coherent aircraft position and anticollision lighting system
US8797528B2 (en) * 2012-10-12 2014-08-05 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Flow cell assembly for liquid sample analyzer
US8760658B2 (en) * 2012-10-12 2014-06-24 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Flow cell modules and liquid sample analyzers and methods including same
US8961904B2 (en) 2013-07-16 2015-02-24 Premium Genetics (Uk) Ltd. Microfluidic chip
US11796449B2 (en) 2013-10-30 2023-10-24 Abs Global, Inc. Microfluidic system and method with focused energy apparatus
DE102014002208B3 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Günter HIRT Sensor zum Detektieren einer Spektralverteilung
US10247672B2 (en) 2014-09-29 2019-04-02 Howard Hughes Medical Institute Non-linear structured illumination microscopy
WO2016132222A2 (en) 2015-02-19 2016-08-25 Premium Genetics (Uk) Ltd. Scanning infrared measurement system
GB201508115D0 (en) * 2015-05-12 2015-06-24 Univ Cranfield Hollow fibre waveguide gas cells
US11303089B2 (en) 2017-02-20 2022-04-12 The Regents Of The University Of California Physically operable and mechanically reconfigurable light sources
JP6890669B2 (ja) * 2017-02-20 2021-06-18 ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ カリフォルニアＴｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 微小毛細血管における生体分子の高効率な光学的検出
CN106645092B (zh) * 2017-02-24 2023-09-19 北京本立科技有限公司 一种基于离心的液芯波导拉曼光谱检测装置
US20200011795A1 (en) 2017-02-28 2020-01-09 The Regents Of The University Of California Optofluidic analyte detection systems using multi-mode interference waveguides
ES2774703T3 (es) * 2017-06-27 2020-07-22 Univ Graz Medizinische Método y dispositivo para analizar una muestra fluídica con partículas dispersadas
WO2019226790A1 (en) 2018-05-23 2019-11-28 Abs Global, Inc. Systems and methods for particle focusing in microchannels
PL3830577T3 (pl) * 2018-08-03 2023-12-18 Insingulo Ab Sposób określania oddziaływania między ligandem a receptorem
CN117413819A (zh) 2019-04-18 2024-01-19 艾步思国际有限责任公司 用于连续添加冷冻保护剂的系统和工艺
DE102019131698B4 (de) * 2019-11-22 2021-12-30 Technische Universität Bergakademie Freiberg System und Verfahren zur spektroskopischen Analyse von Flüssigkeiten
US11628439B2 (en) 2020-01-13 2023-04-18 Abs Global, Inc. Single-sheath microfluidic chip
US20240167935A1 (en) * 2022-11-21 2024-05-23 Fei Company Hollow core waveguide flow cell

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5570447A (en) * 1995-08-17 1996-10-29 World Precision Instruments, Inc. Aqueous fluid core waveguide
EP1119786B1 (en) * 1998-08-12 2007-02-21 Rofin Australia PTY Ltd Fluid light guide
DE19952322C2 (de) * 1999-10-29 2002-06-13 Evotec Ag Verfahren und Vorrichtung zur Partikeltrennung
US6778724B2 (en) * 2000-11-28 2004-08-17 The Regents Of The University Of California Optical switching and sorting of biological samples and microparticles transported in a micro-fluidic device, including integrated bio-chip devices
AU2002259049B2 (en) * 2001-04-27 2007-05-17 Genetic Id Waveguide and assay
US6737634B2 (en) * 2002-01-16 2004-05-18 The University Of Chicago Use of multiple optical vortices for pumping, mixing and sorting
AU2003278700A1 (en) * 2002-07-31 2004-02-16 Arryx, Inc. System and method of sorting materials using holographic laser steering
AU2004269406B2 (en) * 2003-08-28 2010-12-16 Progenity, Inc. Methods and apparatus for sorting cells using an optical switch in a microfluidic channel network

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102486456A (zh) * 2010-12-03 2012-06-06 鲍元进 液芯波导检测装置
CN103630973A (zh) * 2013-12-17 2014-03-12 哈尔滨理工大学 液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法
CN103630973B (zh) * 2013-12-17 2015-08-05 哈尔滨理工大学 液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法
CN106442081A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 北京本立科技有限公司 基于离心的无气泡液芯波导管进液装置
CN113711008A (zh) * 2019-03-13 2021-11-26 马克思-普朗克科学促进协会 用于粒子测试的装置和方法
CN109880744A (zh) * 2019-03-22 2019-06-14 华南师范大学 光流控细胞分选芯片及其分选细胞的方法
CN109880744B (zh) * 2019-03-22 2022-07-29 华南师范大学 光流控细胞分选芯片及其分选细胞的方法
CN109932450A (zh) * 2019-04-03 2019-06-25 安徽皖仪科技股份有限公司 流通池和具有其的液相色谱仪
US11378559B2 (en) 2019-04-03 2022-07-05 Anhui Wayee Science and Technology Co., Ltd. Flow cell and liquid chromatographic unit having same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006110749A3 (en) 2007-12-13
US20060257089A1 (en) 2006-11-16
US7574076B2 (en) 2009-08-11
WO2006110749A2 (en) 2006-10-19
EP1866672A2 (en) 2007-12-19
EP1866672A4 (en) 2010-01-13
JP2008536129A (ja) 2008-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101627328A (zh) 在液芯波导内基于光学进行分选的装置
Wu et al. Precise sorting of gold nanoparticles in a flowing system
Buican et al. Automated single-cell manipulation and sorting by light trapping
Bellini et al. Femtosecond laser fabricated monolithic chip for optical trapping and stretching of single cells
Liu et al. Miniaturized optical fiber tweezers for cell separation by optical force
US8552363B2 (en) System and method for optically driven separations using fluid filled core optical fibers
Xin et al. Fiber-based optical trapping and manipulation
US20060171846A1 (en) Microfluidic systems incorporating integrated optical waveguides
Schmidt et al. Mode-based microparticle conveyor belt in air-filled hollow-core photonic crystal fiber
Ghosh et al. Next-generation optical nanotweezers for dynamic manipulation: from surface to bulk
Huang et al. Surface plasmon resonance effect on laser trapping and swarming of gold nanoparticles at an interface
Nan et al. Optical sorting at the single-particle level with single-nanometer precision using coordinated intensity and phase gradient forces
US9815058B2 (en) Fractionation of particles
Helle et al. Optical transport, lifting and trapping of micro-particles by planar waveguides
Tkachenko et al. Evanescent field trapping and propulsion of Janus particles along optical nanofibers
CN102209920A (zh) 狭缝波导中基于光学力的生物分子分析
Park et al. Optical manipulation of a dielectric particle along polygonal closed-loop geometries within a single water droplet
Kamath et al. Particle trapping with optical nanofibers: a review
Li et al. Self-assembled microcage fabrication for manipulating and selectively capturing microparticles and cells
WO2006032844A2 (en) Particle sorting in a tailored landscape
Applegate Jr et al. Particle size limits when using optical trapping and deflection of particles for sorting using diode laser bars
Yan et al. Optofluidic light routing via analytically configuring streamlines of microflow
Mozaffari Plasmon-enhanced optical tweezing systems: fundamental and applications
Liu et al. Controllable transportation of microparticles along structured waveguides by the plasmonic spin-hall effect
Cai et al. Planar Optofluidics for On-Chip Particle Manipulation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100113