CN114049980A - 一种真空光镊中的新型微球起支系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空光镊中的新型微球起支系统和方法。真空腔内固定有柱状的包裹物质，包裹物质内均匀间隔固定包裹有多个微球，真空腔的腔壁上开设有透光光学窗口，真空腔外的起支激光透过透光光学窗口照射到包裹物质的末端，使得包裹物质吸热分解，释放出一个或多个微球。本发明利用包裹物质易分解的性质，通过起支激光对包裹物质加热分解释放微球，减小了对微球尺寸的限制；由于起支激光从真空腔外发出，避免了额外的连接，提高了环境的封闭性，减少了外界环境输入的干扰，有利于精密测量；本发明能较为精确地控制每次起支释放的微球数量，减少多余微球对真空腔的污染，增加起支次数，提高光镊捕获单个微球的成功率。

Description

一种真空光镊中的新型微球起支系统和方法
技术领域
本发明涉及一种微球起支方法，属于精密测量技术领域，具体涉及一种真空光镊中的新型微球起支系统和方法。
背景技术
真空光镊是一种可用于高精度力学量测量的手段。其原理是利用光对物体的相互作用在真空中悬浮捕获物体，再对被捕获物体的运动状态进行测量，从而测得所求力学量。其对于加速度的测量精度可以达到9.5E-8g/rtHz，对于极弱力的测量精度可以达到9.5E-19N/rtHz。因此，真空光镊是一种极具潜力的前沿测量技术。
真空光镊测量微弱力学量的载体是微球，一般为微米或亚微米量级的介质小球。测量过程中，首先需要通过一定的方法在真空腔内释放微球，使其在重力的作用下运动到光镊的捕获区域中，再用激光对其进行捕获，这一过程称为起支。现有的真空光镊中的微球起支方法主要有振动脱附法和喷雾悬浮法。
振动脱附法是用高频振动产生的加速度克服范德华力等粘附力而释放微球的方法。这种方法首先将微球放在一块基板上，通过范德华力等表面粘附力使其固定在上面。然后将基板与一个压电陶瓷相连一起放在真空腔内。在需要起支微球时，对压电陶瓷施加一段高频的电压，使压电陶瓷和基板以及附着在其上的微球产生高频振动。当微球的振动能量足够大时，微球就会克服粘附力脱离基板，被释放到了真空腔内。由于克服粘附力所需的加速度和微球直径的平方成反比，因此这种方法仅适用于起支微米量级以上的微球。
喷雾悬浮法将包含微球的悬浮液以雾状形式喷出并飘入光镊势阱。由于质量过大的微球不容易混合均匀形成喷雾，因而喷雾悬浮法常用于亚微米级尺寸微球的起支。
然而，以上两种起支方法对于微球的尺寸有不同的限制。且两种方法都需要在真空腔腔壁上设置额外的开口：振动脱附法需要将真空腔内的压电陶瓷和真空腔外的电路模块进行电气连接，喷雾悬浮法需要打开真空腔喷入或者通过微漏阀等装置连接到真空腔内。另外，两者都难以控制每次释放的微球个数：振动脱附法开始时基板上附着的微球较多，每次释放的微球数量也多，随着起支次数的增加，每次释放的微球数量会不断减少，喷雾悬浮法每次喷出的雾气中所包含的微球数量存在较大的随机性。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种真空光镊中的新型微球起支系统和方法。
一、一种真空光镊中的新型微球起支系统：
本发明包括真空腔、微球、包裹物质和起支激光，真空腔内固定有柱状的包裹物质，包裹物质内沿柱状方向均匀间隔固定包裹有多个微球，真空腔的腔壁上开设有透光光学窗口，真空腔外的起支激光透过透光光学窗口照射到包裹物质上。
所述的微球的尺寸为亚微米量级或微米量级。
所述的包裹物质在常温下为固态，为氨基甲酸铵、氯化铵或碳酸氢铵中的任一一种。
所述的起支激光用于热分解包裹物质上，使得包裹物质内包裹的微球被释放。
所述的起支激光的入射方向逐渐改变，使得起支激光的焦点始终位于包裹物质的末端，进而使得包裹物质在连续不同位置被热分解，进而实现微球的被逐步释放。
所述的微球沿包裹物质的柱状方向排成一列，通过调整微球在包裹物质中分布的密度以及起支激光照射至包裹物质的照射面积，控制每次释放的一定体积内的微球的数量。
二、一种真空光镊中的新型微球起支方法：
本发明的方法步骤如下：
1)使用粉末状的包裹物质包裹住多个微球，将包裹物质挤压成型形成柱状，使得微球在包裹物质内沿柱状方向均匀分布排成一列；
2)将柱状的包裹物质固定于真空腔一内侧壁上；
3)自真空腔外发射一束起支激光，起支激光透过真空腔腔壁上的透光光学窗口，入射聚焦至包裹物质的末端，使得被起支激光照射到的包裹物质吸热分解；
4)吸热分解的包裹物质中释放出一个或多个微球。
所述步骤3)中，起支激光的入射方向逐渐改变，使得起支激光的焦点始终位于包裹物质的末端，进而使得包裹物质连续地被热分解。
所述步骤4)中，通过调整微球在包裹物质中分布的密度以及起支激光照射至包裹物质的照射面积，控制每次释放的一定体积内的微球的数量。
本发明具有的有益效果是：
本发明首次提出了利用包裹物质固定和释放微球的起支方法。相比已有的起支方法，可以减小对微球尺寸的限制。由于对起支过程的操控通过从真空腔外发出的起支激光来完成，可以避免真空腔内外额外的机械连接，从而提高了真空光镊环境的封闭性，减少了外界环境输入的干扰，有利于精密测量。这种方法还可以通过控制微球在包裹物质中分布的密度，包裹物质的形状，以及起支激光照射的面积，较为精确地控制每次起支释放的微球数量，能减少多余微球对真空腔的污染，增加起支次数，提高光镊捕获单个微球的成功率。
附图说明
图1是本发明的装置示意图；
图中：VC、真空腔，MS、微球，A、包裹物质，L、起支激光。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，包括真空腔VC、微球MS、包裹物质A和起支激光L；
真空腔VC内固定有柱状的包裹物质A，包裹物质A在常温下为固态，为氨基甲酸铵、氯化铵或碳酸氢铵中的任一一种，但不限于此，加热后易分解挥发；包裹物质A内沿柱状方向均匀间隔固定包裹有多个微球MS，包裹物质A 的每单位体积内包裹有一个或多个微球MS，微球MS沿包裹物质A的柱状方向排成一列，通过调整微球MS在包裹物质A中分布的密度以及起支激光L照射至包裹物质A的照射面积，控制每次释放的一定体积内的微球MS的数量，微球MS的尺寸为亚微米量级或微米量级，真空腔VC的腔壁上开设有透光光学窗口，真空腔VC外的起支激光L透过透光光学窗口照射到包裹物质A上，起支激光L的波长范围处于包裹物质A吸收率高的波段的范围，起支激光L用于热分解包裹物质A上，使得包裹物质A内包裹的微球MS被释放，起支激光L的入射方向逐渐改变，使得起支激光L的焦点始终位于包裹物质A的末端，进而使得包裹物质A在连续不同位置被热分解，进而实现微球MS的被逐步释放。
方法的步骤如下：
1)使用粉末状的包裹物质A包裹住多个微球MS，将包裹物质A挤压成型形成柱状，使得微球MS在包裹物质A内沿柱状方向均匀分布排成一列；
2)将柱状的包裹物质A固定于真空腔VC一内侧壁上；
3)自真空腔VC外发射一束起支激光L，起支激光L透过真空腔VC腔壁上的透光光学窗口，起支激光L的入射方向逐渐改变，使得起支激光(L)的焦点始终位于包裹物质A的末端，使得被起支激光L照射到的包裹物质A连续地被热分解；
4)吸热分解的包裹物质A中释放出一个或多个微球MS，通过调整微球MS 在包裹物质A中分布的密度以及起支激光L照射至包裹物质A的照射面积，可以控制每次释放的一定体积内的微球MS的数量。
具体的实施例如下：
选用碳酸氢铵作为包裹物质A，起支激光L的波长为1300nm，每单位体积包裹物质A内包裹有一个微球MS，起支激光L每次照射到一单位面积的包裹物质A上，使得一单位体积的包裹物质A吸热升温，分解为氨气、水蒸气和二氧化碳，同时使得一单位体积的包裹物质A内的一个微球MS释放，可以保证每次操作只释放一个微球MS。

Claims (9)

1.一种真空光镊中的新型微球起支系统，其特征在于：包括真空腔(VC)、微球(MS)、包裹物质(A)和起支激光(L)，真空腔(VC)内固定有柱状的包裹物质(A)，包裹物质(A)内沿柱状方向均匀间隔固定包裹有多个微球(MS)，真空腔(VC)的腔壁上开设有透光光学窗口，真空腔(VC)外的起支激光(L)透过透光光学窗口照射到包裹物质(A)上。
2.根据权利要求1所述的一种真空光镊中的新型微球起支系统，其特征在于：所述的微球(MS)的尺寸为亚微米量级或微米量级。
3.根据权利要求1所述的一种真空光镊中的新型微球起支系统，其特征在于：所述的包裹物质(A)在常温下为固态，为氨基甲酸铵、氯化铵或碳酸氢铵中的任一一种。
4.根据权利要求1所述的一种真空光镊中的新型微球起支系统，其特征在于：所述的起支激光(L)用于热分解包裹物质(A)上，使得包裹物质(A)内包裹的微球(MS)被释放。
5.根据权利要求1所述的一种真空光镊中的新型微球起支系统，其特征在于：所述的起支激光(L)的入射方向逐渐改变，使得起支激光(L)的焦点始终位于包裹物质(A)的末端，进而使得包裹物质(A)在连续不同位置被热分解，进而实现微球(MS)的被逐步释放。
6.根据权利要求1所述的一种真空光镊中的新型微球起支系统，其特征在于：所述的微球(MS)沿包裹物质(A)的柱状方向排成一列，通过调整微球(MS)在包裹物质(A)中分布的密度以及起支激光(L)照射至包裹物质(A)的照射面积，控制每次释放的一定体积内的微球(MS)的数量。
7.一种真空光镊中的新型微球起支方法，其特征在于：
方法步骤如下：
1)使用粉末状的包裹物质(A)包裹住多个微球(MS)，将包裹物质(A)挤压成型形成柱状，使得微球(MS)在包裹物质(A)内沿柱状方向均匀分布排成一列；
2)将柱状的包裹物质(A)固定于真空腔(VC)一内侧壁上；
3)自真空腔(VC)外发射一束起支激光(L)，起支激光(L)透过真空腔(VC)腔壁上的透光光学窗口，入射聚焦至包裹物质(A)的末端，使得被起支激光(L)照射到的包裹物质(A)吸热分解；
4)吸热分解的包裹物质(A)中释放出一个或多个微球(MS)。
8.根据权利要求7中所述的一种真空光镊中的新型微球起支方法，其特征在于：
所述步骤3)中，起支激光(L)的入射方向逐渐改变，使得起支激光(L)的焦点始终位于包裹物质(A)的末端，进而使得包裹物质(A)连续地被热分解。
9.根据权利要求7中所述的一种真空光镊中的新型微球起支方法，其特征在于：
所述步骤4)中，通过调整微球(MS)在包裹物质(A)中分布的密度以及起支激光(L)照射至包裹物质(A)的照射面积，控制每次释放的一定体积内的微球(MS)的数量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114859076A (zh) * 2022-07-06 2022-08-05 之江实验室 基于光悬浮多微球阵列的加速度测量方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030196885A1 (en) * 1999-05-17 2003-10-23 Marchitto Kevin S. Electromagnetic energy driven separation methods
US20050250117A1 (en) * 2003-10-07 2005-11-10 Xing Su Isolation of single polymeric molecules
CN111564233A (zh) * 2020-03-11 2020-08-21 浙江大学 一种用于真空光镊系统的微粒多次起支实验装置及方法
CN111986829A (zh) * 2020-08-07 2020-11-24 浙江大学 基于光致加热效应悬浮大尺寸微粒的方法及装置
CN111986830A (zh) * 2020-08-17 2020-11-24 浙江大学 一种基于倏逝波的无损准确可重复捕获微球的方法和装置
CN112466506A (zh) * 2021-01-29 2021-03-09 之江实验室 一种真空光阱起支方法及装置与应用
CN112509724A (zh) * 2021-02-03 2021-03-16 之江实验室 一种光阱微粒的起支方法及装置
CN112967831A (zh) * 2021-01-30 2021-06-15 浙江大学 一种光阱中微球重复起支与悬浮的方法与装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030196885A1 (en) * 1999-05-17 2003-10-23 Marchitto Kevin S. Electromagnetic energy driven separation methods
US20050250117A1 (en) * 2003-10-07 2005-11-10 Xing Su Isolation of single polymeric molecules
CN111564233A (zh) * 2020-03-11 2020-08-21 浙江大学 一种用于真空光镊系统的微粒多次起支实验装置及方法
CN111986829A (zh) * 2020-08-07 2020-11-24 浙江大学 基于光致加热效应悬浮大尺寸微粒的方法及装置
CN111986830A (zh) * 2020-08-17 2020-11-24 浙江大学 一种基于倏逝波的无损准确可重复捕获微球的方法和装置
CN112466506A (zh) * 2021-01-29 2021-03-09 之江实验室 一种真空光阱起支方法及装置与应用
CN112967831A (zh) * 2021-01-30 2021-06-15 浙江大学 一种光阱中微球重复起支与悬浮的方法与装置
CN112509724A (zh) * 2021-02-03 2021-03-16 之江实验室 一种光阱微粒的起支方法及装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MASAAKI YASUDA: "Direct measurement of optical trapping force gradient on polystyrene microspheres using a carbon nanotube mechanical resonator", 《SCIEBTIFIC REPORTS》 *
ZHENHAI FU: "Launch and capture of a single particle in a pulse-laser-assisted dual-beam fiber-optic trap", 《PREPRINT SUBMITTED TO OPTICS COMMUNICATIONS》 *
刘琼;杨婷婷;高庆;袁建军;程时远;: "聚合物/SiO_2杂化材料在药物控制释放中的应用", 化学进展 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114859076A (zh) * 2022-07-06 2022-08-05 之江实验室 基于光悬浮多微球阵列的加速度测量方法及装置
CN114859076B (zh) * 2022-07-06 2022-10-21 之江实验室 基于光悬浮多微球阵列的加速度测量方法及装置

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