CN110914664A

CN110914664A - 具有平行偶极子线阱系统的高灵敏度测力计

Info

Publication number: CN110914664A
Application number: CN201880046912.9A
Authority: CN
Inventors: O·古纳万
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: CN110914664B; GB202001281D0; JP2020527701A; DE112018002120T5; DE112018002120B4; US20190017965A1; GB2579291A; GB2579291B; JP7015903B2; US10222350B2; WO2019012386A1

Abstract

提供一种使用磁性PDL阱系统的高灵敏度测力计。在一个方面，一种测力计包括：PDL阱，其具有一对偶极子线磁体和悬浮在所述偶极子线磁体上方的抗磁棒；致动器，其具有邻近所述PDL阱的延伸杆；第一感兴趣物体，其被附接到所述抗磁棒；以及第二感兴趣物体，其附接到所述延伸杆，其中所述致动器被配置成经由所述延伸杆朝向或远离所述PDL阱移动所述第二感兴趣物体。还提供了一种使用本测力计进行力测量的方法。

Description

具有平行偶极子线阱系统的高灵敏度测力计

技术领域

本发明涉及磁平行双极线(PDL)陷波器系统，更具体地，涉及使用PDL陷波器系统的高灵敏度测力计。

背景技术

通常需要进行非常小的力测量，涉及具有弱相互作用的各种物体，例如范德华力、化学键合力和卡米尔力。参见，例如，Leckband等，"控制蛋白质相互作用的ForCES：理论和实验，"胶体和表面B：生物界面14(August1999)pgs.83-97。然而，该系统中的常规测量技术复杂且昂贵。

因此，需要一种改进的高灵敏度测力计。

发明内容

本发明提供一种使用磁平行双极线(PDL)阱系统的高灵敏度测力计。在本发明的一个方面，提供了一种测力计。测力计包括：PDL阱，其具有一对偶极子线磁体和悬浮在所述偶极子线磁体上方的抗磁棒；致动器，其具有邻近所述PDL阱的延伸杆；第一感兴趣物体，其被附接到所述抗磁棒；以及第二感兴趣物体，其附接到所述延伸杆，其中所述致动器被配置成经由所述延伸杆朝向或远离所述PDL阱移动所述第二感兴趣物体。

在本发明的另一方面，提供了一种用于力测量的方法。该方法包括：提供测力计，所述测力计包括具有一对偶极子线磁体的PDL阱、悬浮在所述偶极子线磁体上方的抗磁棒以及具有邻近所述PDL阱的延伸杆的致动器；将第一感兴趣物体附接到所述抗磁棒；将第二感兴趣物体附接到所述延伸杆；经由所述延伸杆朝向或远离所述PDL阱移动所述第二感兴趣物体；以及测量所述PDL阱中的所述抗磁棒的位移作为所述第二感兴趣物体的位置的函数。

通过参考以下详细描述和附图，将获得对本发明的更完整理解以及本发明的进一步特征和优点。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的示例性的基于平行双极线(PDL)阱的测力计的前视图；

图2是示出根据本发明的实施例的基于PDL阱的测力计的俯视图；

图3是示出根据本发明实施例的本测力计的操作原理的图；

图4是示出根据本发明实施例的在物体之间存在吸引力的情况下操作本测力计的示例性方法的俯视图；

图5是示出根据本发明的实施例的在物体之间存在排斥力的情况下用于操作本测力计的示例性方法的俯视图；

图6是示出根据本发明的实施例的使用光源和光电探测器来确定PDL阱中棒的位置的侧视图；

图7是示出根据本发明的实施例的使用单电极电容感测系统来确定PDL阱中的杆的位置的侧视图；以及

图8是示出根据本发明实施例的使用本测力计进行力测量的示例性方法的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种利用由一对横向圆柱形磁体(TCMs)组成的平行双极线(PDL)阱系统的高灵敏度测力计。抗磁圆柱形棒，例如抗磁(例如石墨)棒，被捕获在阱的中心。抗磁圆柱杆被限制在沿提供稳定捕获的阱的纵轴的弱一维驼背磁势中。参见，例如，古纳湾(Gunawan)等，"平行双极线路系统"，实用物理信函(Applied Physics Letters)106，pp。062407-1-5(2015二月)(以下简称"古纳湾")；以及授予Cao等人的、标题为"用于圆柱形抗磁性材料的磁性阱"的美国专利8,895,355、美国专利9,093,377和美国专利9,236,293。

抗磁棒被附接到第一感兴趣物体(要测量其相互作用力的物体)。第二感兴趣物体被附着到致动器机构，该致动器机构使得第二物体的位置能够被调节(相对于第一物体)。根据下面详细描述的示例性实施例，致动器机构包括由压电陶瓷致动器(其基于施加的电压产生延伸杆的线性运动)驱动的延伸杆。

致动器机构使延伸杆上的第二物体朝向或远离附接到抗磁棒的第一物体移动。当延伸杆上的第二物体被带至更靠近第一物体时，物体之间的相互作用力将导致第一物体(以及其附接的抗磁性杆)被拉向或推离第二物体。通过分析该位移与(第二)物体的位置的关系，可以确定物体之间的相互作用力作为距离的函数。

从以下提供的描述中，PDL阱系统的细节在它们属于本技术时将变得显而易见。然而，通常PDL阱由磁平行偶极线系组成，所述磁平行偶极线系由一对自然连接在一起的横向磁化(也称为直径)的圆柱形磁体制成。磁体具有细长的形状，例如圆柱形、条形或条形，其磁化是在横向方向(垂直于长轴)上。这些磁体在此将被称为"偶极线“或"直径"磁体。诸如石墨棒的抗磁柱状物体可以被捕获在中心处，并且将悬浮在该对直径磁体上方。PDL阱的关键发现和主要特征是沿纵轴(z轴)存在"驼峰状磁势"，即，在偶极子线边缘附近的磁场增强，这种磁场增强发生在长度超过临界长度L_C的直径磁体上，其中一对圆柱形直径磁体系统的L_C～2.5a，其中a是磁体的半径。

然而，PDL阱中的圆柱形磁体不必彼此接触。例如，可以在磁体之间打开间隙g，并且除了按比例缩小常数之外，场分布将是相同的。只要间隙保持小于临界间隙g_C(即，杆通过阱下落的位置)，抗磁棒将保持悬浮在磁体上方。在磁体之间打开间隙的一个显著优点是，它打开磁体之间的空间以适合各种设备或实验，例如，允许光束垂直地(在磁体之间)通过以用于物体检测。另一个显著的优点是间隙允许感兴趣的物体配合在磁体之间的空间中并且在操作期间自由地来回移动。

可以采用多种不同的技术来打开PDL阱中的磁体之间的间隙。例如，固定尺寸的间隔件可以放置在磁体之间，其中间隔件的尺寸等于间隙的尺寸。虽然可交换不同大小的间隔物以改变间隙的大小，但每一间隔物具有固定的尺寸。对于更加可调的系统，可以采用可变间隙固定装置，其中磁体各自连接到单独的支架，并且支架可以彼此靠近或远离地移动(例如，使用可调节螺钉机构)。虽然在以下描述中使用可变间隙固定装置，但这仅仅是示例，并且可以以所描述的相同方式实现固定间隔件。

现在通过参考图1(前视图)和图2(俯视图)详细描述根据本技术的示例性测力计100。如图1所示，测力计100包括PDL阱，其具有安装到固定装置(标记为"固定装置底座")的一对圆柱形磁体(标记为"PDL磁体")和悬浮在磁体上方的抗磁棒(例如，石墨棒)。如图1所示，夹具在磁体之间引入间隙g。如上所述，在磁体之间具有间隙使得光学传感器能够用于记录PDL阱中的抗磁性杆的位置(例如，其中光源和光传感器位于PDL阱的顶部/底部处，使得抗磁性杆能够在其间通过，参见下文)。

固定装置安装件可以在磁体之间引入"固定"间隙g(如图1所示)，或者如上所述，可以包括将安装件(单独地连接到磁体)移动得更近或更远以改变间隙的螺旋机构。此外，如上所述，可以在磁体之间替代地采用固定的间隔件以打开间隙。

当从顶部观察测力计100时，可以看到致动器机构。参见图2。如图2所示，致动器机构位于PDL阱的一侧，并且包括控制延伸杆(朝向或远离PDL阱)的移动的致动器，参见下文)。

根据示例性实施例，致动器是压电陶瓷致动器，其基于施加的电压产生延伸杆的线性运动。压电陶瓷致动器可从市场上买到，例如，PI(Physik Intraute)LP，Auburn，MA。延伸杆优选地由非铁磁材料形成，例如塑料、丙烯酸树脂，或非磁性金属，例如铜和/或黄铜。

如图2所示，第一感兴趣物体被附接到抗磁棒，并且第二感兴趣物体被附接到延伸杆。值得注意的是，第一物体被附接到抗磁棒的靠近/面向延伸杆的端部，并且第二物体被附接到延伸杆的靠近/面向抗磁棒的端部。通常，可以实现任何两个物体，在这两个物体之间期望使用测力计100来测量相互作用力。仅作为示例，物体1和物体2可以是任何测试材料，例如金属或合成材料，和/或生物材料，例如蛋白质、遗传材料(例如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA))或无机材料，例如分子和/或化合物、金属等。可以使用例如环氧树脂胶等粘合剂将待测物体附着在石墨棒的尖端和加长杆的末端(参见例如图2)。仅作为示例，被测量的物体之间的相互作用可以是静电力、范德华力或柯赫米尔力。被测试物体的尺寸受到支撑抗磁棒必须仍然悬浮的条件的限制。具体地，如果连接到杆的物体太大，则杆将不再是漂浮的。

现在参考图3更详细地描述本测力计的操作原理。如上所述，第一感兴趣物体附着到抗磁棒(悬浮在PDL阱上方)，并且第二感兴趣物体附着到由致动器控制的延伸杆。当使延伸杆上的第二物体更靠近第一物体时，物体之间的相互作用力将使第一物体(以及其附接的抗磁性杆)被拉向第二物体(或被排斥，这取决于力)。通过分析该位移与(第二)物体的位置的关系，可以确定物体之间的相互作用力作为距离的函数。参见图3。

具体地，抗磁棒位于PDL驼背磁势U_CB上，弹簧常数为k_z。这个弹簧常数可以从如下给出的阱的共振频率确定：k_z＝ω²m，其中ω＝2πf，f是阱的角频率。如上所述，驼背磁势沿PDL阱的纵轴(z轴)存在。当(经由致动器)致动延伸杆使第二物体更靠近第一物体时，由于物体之间的相互作用力，第一物体/抗磁棒将通过Δz在阱内移动。例如，当在第一和第二物体之间存在吸引力时，将第二物体带向第一物体将使第一物体/抗磁棒朝向第二物体移动(在这种情况下，朝向PDL阱的右侧)。然而，当在第一和第二物体之间存在排斥力时，将第二物体带向第一物体将使第一物体/抗磁棒远离第二物体移动(在这种情况下，移动到PDL阱的左侧)。前一种情况(吸引力)在图3中示出，然而相同的原理适用于任一种情况。测量作为第一和第二物体(R)的间隔的函数的抗磁棒的位移。因此，我们可以获得作为第一物体和第二物体之间的距离r的函数的力F，即F(r)：

F(r)＝k_zΔz。

优选地，移动延伸杆以获得r的另一值，并且基于杆Δz的位移变化的测量被重复一次或多次。这将有助于建立物体的距离依赖定律(即，力如何与物体之间的距离成比例)。

现在参考图4的方法400描述用于操作本测力计的示例性方法，该方法被示为测力计的顶视图。如步骤402所示，上述PDL测力计设置为具有安装到固定装置(在磁体之间引入间隙g)的一对圆柱形磁体、悬浮在磁体上方的抗磁棒(例如石墨杆)、以及延伸杆离开到PDL阱的一侧的致动器(例如压电陶瓷致动器)。第一感兴趣物体被附接到所述抗磁棒，并且第二感兴趣物体被附接到所述延伸杆。参见图4中的步骤402，PDL测力计用于测量第一和第二物体之间的(吸引或排斥)力。

如步骤404所示，致动器用于通过延伸杆将第二物体移动到第一位置。在图4所示的示例中，与步骤402中的初始设置相比，第一位置更靠近第一物体。在这种情况下，在第一/第二物体之间存在吸引力，并且将第二物体移动得更靠近第一物体导致第一物体以及抗磁棒随之在第二物体的方向上(即，朝向第二物体)移动。作为非限制性的情况，在该示例中，致动器位于PDL阱的右侧。因此，基于吸引力，将第二物体移动到更靠近PDL阱的右侧将太将第一物体(以及抗磁棒)吸引到PDL阱的右侧。第一物体/抗磁棒在阱内移位的量与第一/第二物体之间的(在这种情况下为吸引)力和第二物体的位置成比例。第二物体的位置是一个因素，因为第一/第二物体彼此越靠近，第一/第二物体之间的力就越强。因此，为了使用简单的非限制性示例，在初始设置中(例如，参见步骤402)，第一/第二物体可能分开足够远，使得PDL阱中的第一物体/抗磁棒没有位移，并且抗磁棒(由于驼背磁势)停留在PDL阱的中间(即，Δz＝0)。在第一位置，第一/第二物体之间的距离减小，并且第一/第二物体之间的吸引力的影响足以使第一物体/抗磁棒在PDL阱中移位。然后，可以将第二物体移动到更靠近或更远离PDL阱的一个或多个其它位置，以查看减小或增大第一/第二物体之间的距离对位移的影响。然后可以建立该物体的距离相关定律。为了使用简单的例子来说明这个概念，可以将第二物体连续地移动到更靠近PDL阱，直到第一物体/反磁棒在PDL阱中出现最大位移。然后，第二物体可以连续地移动远离PDL，直到第一物体/抗磁棒停落回PDL阱的中心。第一物体/反磁棒在PDL阱中的位移将分别相对于该最小和最大距离之间的距离成比例。

如步骤404所示，测量第一物体/抗磁棒距PDL阱的中心的位移(如果有的话)。如将在下面详细描述的，在此预期了用于测量PDL阱中的第一物体/反磁棒的位置并且因此测量任何位移的多种不同技术。例如，可以采用光学感测(诸如经由数字视频捕获或光电探测器)或电容感测技术。

如步骤406所示，致动器用于经由延伸杆将第二物体移动到第二位置，并且再次测量PDL阱中的第一物体/抗磁棒的位移(如果有的话)。这里的思想是，如上所述，根据物体之间的距离(其基于第二物体的位置来控制)来分析PDL阱中的第一物体/反磁棒的位移量，并且因此将第二物体移动到相对于PDL阱的另一位置(例如，与第一位置相比更靠近或更远离PDL阱)可以用于推导该距离相关性因子。例如，使用图4所示的例子，第二位置比第一位置更靠近PDL阱。在这种情况下，在步骤406中使物体更靠近在一起增加了PDL阱中的物体/反磁棒的位移。然而，情况并不总是这样。例如，基于物体之间的吸引力，第一位置可以导致可实现的最大位移量。在这种情况下，使物体更靠近在一起将不会增加位移。此外，图4中所示的位置增量仅是旨在说明本技术的实例。应当理解，如果需要，可以以所述相同的方式评估靠近和/或远离PDL阱的多个其它位置。

力的距离依赖性也可以通过将第二物体远离PDL阱移动到第三位置来评估。例如，参见步骤408。例如，如在该示例中，一旦已经记录了第一物体/抗磁棒的位移(例如，在位置1和/或位置2)，则可以将第二物体移回远离PDL阱以分析距离依赖性。再次，这可以经由图中未示出的一个或多个其他位置递增地完成。基本上，随着物体彼此远离地移动，因此相对于磁驼背电势，吸引力的影响减小。由于减弱吸引，第一物体/抗磁棒将朝向PDL阱的中心返回，如步骤408中所示。如上所述，图4中示出的是，可以在多个不同位置处迭代该过程以评估力的距离依赖性。

为了完整起见，图5示出了在物体之间存在排斥力的情况下用于操作本测力计的示例性方法500(示出为测力计的俯视图)。以与上述相同的方式，如步骤502所示，本发明的PDL测力计设置为具有安装到固定装置的一对圆柱形磁体(在磁体之间引入间隙g)、悬浮在磁体上方的抗磁棒(例如石墨杆)、以及延伸杆离开到PDL阱的一侧的致动器(例如压电陶瓷致动器)。第一感兴趣物体被附接到所述抗磁棒，并且第二感兴趣物体被附接到所述延伸杆。参见图4中的步骤402。

如步骤504所示，致动器用于通过延伸杆将第二物体移动到第一位置。在图5所示的例子中，与步骤502中的初始设置相比，第一位置更靠近PDL阱。在这种情况下，在第一/第二物体之间存在排斥力，并且将第二物体移动得更靠近第一物体导致第一物体和抗磁棒移动远离第二物体。在该示例中，致动器位于PDL阱的右侧。因此，基于排斥力，将第二物体移动到更靠近PDL阱的右侧将排斥第一物体(并且抗磁棒也随之移动)到PDL阱的左侧。第一物体/抗磁棒在阱内移位的量与第一/第二物体之间的(在这种情况下为吸引)力和第二物体的位置成比例。

因此，在第一位置中，第二物体被带至更靠近PDL阱，并且第一/第二物体之间的排斥力的效果被示出为足以使第一物体/抗磁性杆在PDL阱中移位(如上所述，假设利用步骤502中示出的初始设置，物体之间足够远离，使得物体之间的力不会导致第一物体/抗磁性杆在PDL阱中的任何移位)。然后，可以将第二物体移动到更靠近或更远离PDL阱的一个或多个其它位置，以查看减小或增大第一/第二物体之间的距离对位移的影响。然后可以建立该物体的距离相关定律。

如步骤504中所示，测量PDL阱中的第一物体/反磁棒的位移(如果有的话)(在第一位置处)，并且在步骤506中，致动器用于经由延伸杆将第二物体移动到第二位置(在该示例中，仍然更靠近PDL阱)，并且再次测量PDL阱中的第一物体/反磁棒的位移(如果有的话)。图5所示的位置增量仅仅是示例，其意图说明本技术，并且应当理解，如果需要，可以以所述的相同方式评估靠近和/或远离PDL阱的多个其它位置。这里的思想是，如上所述，根据物体之间的距离(其基于第二物体的位置来控制)来分析PDL阱中的第一物体/反磁棒的位移量，并且因此将第二物体移动到相对于PDL阱的另一位置(例如，与第一位置相比更靠近或更远离PDL阱)可以用于推导该距离相关性因子。根据物体之间的力的强度，可能存在这样的点，超过该点，将第二物体移动得更靠近PDL阱将导致第一物体/反磁棒在PDL阱中的进一步位移。

力的距离依赖性也可以通过将第二物体从PDL阱移回来评估。例如，参见步骤508，其中第二物体被移动到第三位置。例如，一旦第一物体/抗磁棒的位移已经被记录(例如，在位置1和/或位置2)，则第二物体可以被移回远离PDL阱以分析距离依赖性。再次，这可以经由图中未示出的一个或多个其他位置递增地完成。随着物体彼此远离地移动，相对于磁驼背电势，吸引力的影响减小，并且第一物体/抗磁棒将朝向PDL阱的中心返回，如步骤508所示。如图5所示，可以在各种不同的位置重复该过程，以评估力的距离依赖性。

这里提出了用于评估/测量杆在PDL阱中的位置的若干不同选项。在图6所示的第一示例性实施例中，多个光电探测器和光源用于探测PDL阱中的杆的位置。具体地，如图6所示，光源放置在PDL阱上方，并且光电探测器(PD)放置在PDL阱下方。这些PD连接到差分光电探测器电路，该差分光电探测器电路将从两个PD中减去光电流信号，放大它们并产生被俘获物体的位移信号。合适的光源包括但不限于白炽灯泡、发光二极管和/或激光器，并且合适的光电探测器包括但不限于半导体光电二极管和/或光敏电阻器(LDR)。

然后，使用光源和光电探测器来确定在PDL阱中的杆的位置。即，如图6所示，当杆在PDL阱内移动时，它在光源和光电探测器之间通过。在该示例中，示出了两个光电探测器。然而，这仅是为了说明的目的，并且可以根据需要采用更多(或更少)的光电探测器。如果杆移动到阱的左侧，则它将阻挡来自光源的光到达左侧的光电探测器。然而，来自光源的光将到达右边的光电探测器。如果杆移动到PDL阱的右侧，则它将阻挡来自光源的光到达右侧的光电探测器。然而，来自光源的光将到达左侧的光电探测器。

在另一个示例性实施例中，使用电容感测技术检测PDL阱中的杆的位置。例如，参见图7，通常，电容感测涉及将至少一对电极放置在PDL阱的偶极子线磁体上方(使得杆可以自由地移入和移出该对电极而不接触电极并且仍然保持在悬浮状态)。根据示例性实施例，每个电极对包括一对电极外壳(见图7中的横截面图)，其包围(悬浮的)杆，从而形成电容器，其值取决于杆的位置。电容计被配置成测量电极外壳的电容。当杆在PDL阱中移动时，电容改变。因此，通过测量电容，可以确定PDL阱中的杆的位置。

如图7所示，在PDL阱上方采用电极对(关断到PDL阱的一侧)，且电容计连接到电极且经配置以测量电容，如上文所解释。如图7所示，当PDL阱中的杆的位置变化时，其电容在-l/2<z<l,的范围内变化，其中z是杆的质心位置，l是杆的长度。

如序列号为15/131,443的美国专利申请中所述，类似于图7所示的系统的电容可以如下给出：

其中C₀是当没有杆时的基本电容，ΔC是当杆完全在电极内时发生的电容的最大变化。因此，杆质心Z的位置可以从测量的电容确定，-l/2<z<l/2，因此通过知道杆位移(Δz)和致动器的移动，可以确定第一和第二物体(r)之间的距离间隔。

给定以上描述，图8提供了用于使用本测力计测量两个感兴趣物体(即，第一物体和第二物体)之间的力的示例性方法800。在步骤802中，将第一感兴趣物体附着到杆，并且将第二感兴趣物体附着到延伸杆。如上所述，物体可以包括其间要测量力(例如，吸引或排斥)的任何两个物体。仅作为示例，物体可以包括生物材料，例如蛋白质、遗传材料(例如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA))或无机材料，例如分子和/或化合物、金属等。

在步骤804中，使用延伸杆来致动第二物体，从而将第二物体相对于PDL阱移动到第一位置(位置1)。虽然在步骤804中可以将第二物体移向或移离PDL阱，但是在本示例中，第一位置更靠近PDL阱。如上所述，基于物体之间的力，第二物体到第一位置的这种移动可以导致第一物体和杆在PDL阱中的位置改变。例如，吸引力将使第一物体和杆在PDL阱中移动得更靠近第二物体，而排斥力将使第一物体和杆在PDL阱中移动得远离第二物体。在步骤806中，测量PDL阱中的杆的位置，即，第二物体位于位置1。如上所述，杆的位移被测量为物体间隔距离(r)的函数，即，第一和第二物体的间隔。因此，可以确定作为第一物体和第二物体之间的距离r的函数的力F，即F(r)。

为了确定力测量的距离依赖性，参见上文，在步骤808中，接下来将第二物体移动(经由将延伸杆移动已知距离)到比第一位置(位置1)更靠近或更远离PDL阱的至少一个第二位置(位置2)，并且再次测量PDL阱中的杆的位置，即，其中第二物体处于位置2。例如，根据示例性实施例，第二物体逐渐靠近和/或远离PDL阱移动，并且在每次移动之后，测量阱中的杆的位置。

尽管在此已经描述了本发明的说明性实施例，但是应当理解，本发明不限于这些精确的实施例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种其他改变和修改。

Claims

1.一种测力计，包括：

平行双极线(PDL)阱，其具有一对双极线磁体和悬浮在所述双极线磁体上方的抗磁棒；

致动器，其具有邻近所述PDL阱的延伸杆；

第一感兴趣物体，其被附接到所述抗磁棒；以及

第二感兴趣物体，其被附接到所述延伸杆，其中所述致动器被配置成经由所述延伸杆朝向或远离所述PDL阱移动所述第二感兴趣物体。

2.根据权利要求1所述的测力计，其中，所述一对偶极子线磁体通过间隙g彼此分离。

3.根据权利要求1所述的测力计，其中，所述第一感兴趣物体和所述第二感兴趣物体均选自由以下各项组成的组：蛋白质、遗传物质、脱氧核糖核酸、核糖核酸、分子、化合物、金属及其组合。

4.根据权利要求1所述的测力计，其中，所述致动器被配置为基于所施加的电压来生成所述延伸杆的线性运动。

5.根据权利要求1所述的测力计，其中，所述致动器包括压电陶瓷致动器。

6.根据权利要求1所述的测力计，还包括：

在所述PDL阱上方的光源；以及

至少一个光电探测器，其在所述PDL阱下方，与所述光源相对，被配置为当所述抗磁棒在所述光源与所述至少一个光电探测器之间穿过时，检测所述抗磁棒在所述PDL阱中的位置。

7.根据权利要求6所述的测力计，其中，所述光源选自由以下组成的组：白炽灯泡、发光二极管、激光器及其组合。

8.根据权利要求6所述的测力计，其中，所述至少一个光电探测器选自由以下各项组成的组：半导体光电二极管、光敏电阻器及其组合。

9.根据权利要求1所述的测力计，还包括：

至少一对电极，所述至少一对电极在所述PDL阱上方，使得所述抗磁棒能够在所述至少一对电极与所述一对偶极线磁体之间穿过。

10.根据权利要求9所述的测力计，还包括：

电容计，其连接到所述至少一对电极。

11.一种用于力测量的方法，所述方法包括：

提供测力计，所述测力计包括具有一对偶极子线磁体的PDL阱、悬浮在所述偶极子线磁体上方的抗磁棒以及具有邻近所述PDL阱的延伸杆的致动器；

将第一感兴趣物体附接到所述抗磁棒；

将第二感兴趣物体附接到所述延伸杆；

经由所述延伸杆朝向或远离所述PDL阱移动所述第二感兴趣物体；以及

测量所述PDL阱中的所述抗磁棒的位移作为所述第二感兴趣物体的位置的函数。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

将所述第二物体移动到第一位置；

当所述第二物体处于所述第一位置时，测量所述PDL阱中的所述抗磁棒的位移；

将所述第二物体移动到第二位置；以及

当所述第二物体处于所述第二位置时，测量所述PDL阱中的所述抗磁棒的位移。

13.根据权利要求12所述的方法，其中将所述第二物体移动到所述第一位置包括：

将所述第二物体朝向所述PDL阱移动。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二位置比所述第一位置更靠近所述PDL阱。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二位置比所述第一位置更远离所述PDL阱。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述测力计还包括在所述PDL阱上方的光源，以及在所述PDL阱下方、与所述光源相对的至少一个光电探测器，并且其中，测量所述PDL阱中的所述抗磁棒的位移还包括：当所述抗磁棒在所述光源与所述至少一个光电探测器之间经过时，检测所述抗磁棒在所述PDL阱中的位置。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述测力计还包括在所述PDL阱上方的至少一对电极，并且其中，测量所述PDL阱中的所述抗磁棒的位移还包括：

基于当所述抗磁棒在所述至少一对电极之间穿过时所述至少一对电极之间的电容的变化来检测所述抗磁棒在所述PDL阱中的位置。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述一对双极线形磁体通过间隙g彼此分离。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一感兴趣物体和所述第二感兴趣物体均选自由以下各项组成的组：蛋白质、遗传物质、脱氧核糖核酸、核糖核酸、金属及其组合。

20.根据权利要求11所述的方法，还包括：

向所述致动器施加电压以产生所述延伸杆的线性运动。