CN117191714B - 一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统和方法，系统包括：激光分束模块，用于将激光分束为偏振态互相垂直的两束光束；双光阱操作模块，用于接收两束光束并独立操作每束光束的偏转，以操纵每束光束所形成的光阱在水平方向的移动；双光阱形成模块，用于接收从双光阱操作模块出射的两束光束，经由显微物镜聚焦产生两个独立的光阱；可三维移动的载物台，用于放置样品池；双光阱监测模块，用于监测每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动；信号收集模块和数据采集模块，用于收集从两个光阱透射的光信号并转换为电信号。该基于双光阱光镊的单分子力学测试系统和方法，可实现高效稳定可靠的单分子力学性能测试。
Description
技术领域
本发明涉及光学显微技术领域，尤其涉及一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统和方法。
背景技术
一束平行激光经显微物镜聚集后会得到一个微米量级大小的光斑。对于电介质微球，被聚焦形成的光斑等效于三维光学势阱，粒子被捕获于其中。强聚焦光斑可实现对微粒的捕获、移动和旋转等操控，因而被称为光镊。光镊具有非接触、无损伤、高精度等特点，广泛应用于单分子生物、细胞等测量领域中。
对单分子进行力谱测试的一般操作是，光镊系统产生同一水平线上的两个光阱，其中一个光阱固定不动，另一个光阱将在相对于前一个光阱在作靠近和远离的往返运动。当有微粒出现在光阱附近时，会被光阱所捕获；当两光阱均捕获到单个微粒时，通过调整可动微粒位置接近固定光阱处的微粒，接触后有概率在两微粒之间粘附单分子。随后通过调控可动光阱远离固定光阱，远离过程中双光阱所处的光路产生的数据将分别被采集，对采集到的数据进行分析，即可得到力学测试结果。
在开始实验时，需保证光阱捕获到微粒，传统操作是通过手动移动样品池使得光阱与微粒发生相对移动来捕获微粒；由于高倍物镜下的视场很小，视野里的微粒不会很多；当视野出现微粒时，需要人工迅速反应才能及时将微粒移至光阱周围进而被捕获，最终确保两个光阱均捕获到单个微粒。两个光阱同时捕获单个微粒的难度较大，存在先后顺序，因此在后一个光阱捕获微粒的过程中，还需保证不会造成先捕获微粒的丢失；手动移动样品池，由于机械惯性和平稳度的限制，势必引起样品池内溶液的晃动，对已捕获的微粒产生干扰甚至出现丢失的情况。此外，在力学测试过程中，需要多次重复性实验进而获得有效的实验数据，而人工操作不易于多次重复实验。因此，人工手动方式操作双光阱捕获粒子并获得生物单分子，对操作者要求极为严苛，灵活性低，且不易于开展重复实验。
在专利CN201811077633.7一种单分子力学测试的高效实现方法中，提出通过使用二维促动器替代手动方式实现样品池与光阱发生相对移动而捕获微粒，二维促动器虽能在一定程度上减小干扰并提高效率，但移动样品池还是会存在干扰，可靠性有待进一步提高。
发明内容
本发明实施方式提供一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统和方法，以至少解决相关技术中存在的问题之一。为实现该目的，本发明通过以下技术方案实现。
本发明实施方式一方面提供一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，包括：激光分束模块，用于将激光光源出射的激光分束为偏振态互相垂直的两束光束；双光阱操作模块，用于接收两束光束并独立操作每束光束的偏转，以操纵每束光束所形成的光阱在水平二维方向的移动，从而实现光阱对微粒的捕获和操纵；双光阱形成模块，用于接收从双光阱操作模块出射的两束光束，经由第一显微物镜聚焦在第一焦平面产生两个独立的光阱；可三维移动的载物台，位于第一显微物镜的第一焦平面附近，用于放置样品池而提供被每个光阱所捕获的微粒；双光阱监测模块，用于监测每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动；信号收集模块，用于收集从两个光阱透射的光信号并传输至数据采集模块；数据采集模块，用于接收来自信号收集模块的光信号并转换为电信号完成单分子力学测试数据的采集。
进一步地，激光分束模块包括：激光光源，用于出射单波长激光；激光扩束器，用于对激光光源的出射光进行扩束和准直得到准直光束；第一半波片，位于激光扩束器的下游，用于旋转准直光束的偏振态，以调节经第一偏振分束立方体产生的透射光束和反射光束的光强比；第一偏振分束立方体，位于第一半波片的下游，用于将准直光束通过透射和反射分束为两束光束；第二半波片和第三半波片，分别位于第一偏振分束立方体的透射光路和反射光路的下游，用于调节透射光束和反射光束的偏振，以调节透射光束和反射光束经过分束立方后的光强。
进一步地，双光阱操作模块包括：两个二维扫描振镜，分别于第一偏振分束立方体的透射方向和反射方向接收两束光束，通过控制各个二维扫描振镜的扫描独立操作每束光束的偏转；或者两个声光转换器，分别于第一偏振分束立方体的透射方向和反射方向接收两束光束，通过控制各个声光转换器的输入声波频率独立操作每束光束的偏转；或者两个空间光调制器，分别于第一偏振分束立方体的透射方向和反射方向接收两束光束，通过控制各个空间光调制器的电压独立操作每束光束的偏转；或者两个数字微镜阵列，分别于第一偏振分束立方体的透射方向和反射方向接收两束光束，并通过控制各个数字微镜阵列的电压独立操作每束光束的偏转。
进一步地，双光阱操作模块还包括：第一平凸透镜和第二平凸透镜，第一平凸透镜和第二平凸透镜的前焦面分别设置有两个二维扫描振镜或两个空间光调制器或两个声光转换器或两个声光转换器或两个数字微镜阵列；分束立方，位于第一平凸透镜和第二平凸透镜的后焦面前1/2焦距处，用于对来自第一平凸透镜的光束进行反射以及对来自第二平凸透镜的光束进行透射；第三平凸透镜位于分束立方的下游，用于收集且准直激光；第一四分之一玻片，位于第三平凸透镜的后焦面处，用于将偏振态相互垂直的两束线偏振光分别转换为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；扫描透镜，第一四分之一玻片位于扫描透镜的前焦面处，用于激光扫描和矫正像差。
进一步地，双光阱形成模块包括：套筒透镜，用于接收来自双光阱操作模块的两束光束，用于输出至第一物镜的扫描激光光束；第一显微物镜，位于套筒透镜的后焦面处，用于将两束光束分别聚焦在第一焦平面产生两个相对独立的光阱。
进一步地，信号收集模块包括：第二显微物镜，与第一显微物镜相对设置于载物台的两侧，且其焦平面与第一显微物镜的第一焦平面重合，用于收集从两个光阱透射的激光信号；第二二向色镜，位于第二显微物镜的下游，用于将来自第二显微物镜的激光信号反射至数据采集模块。
进一步地，数据采集模块包括：第二四分之一玻片，用于将第二显微物镜收集的激光信号从圆偏振光变换为线偏振光；第四平凸透镜，位于第二四分之一玻片的下游，用于聚焦激光信号；第二偏振分束立方体，贴近第四平凸透镜设置，用于将偏振态相互垂直的两束激光通过透射和反射进行分束，并分别输入到第一四象限探测器和第二四象限探测器中；第一四象限探测器和第二四象限探测器，分别探测来自第二偏振分束立方体的透射方向和反射方向的激光信号的空间位置并转化为电压信号。
进一步地，该基于双光阱光镊的单分子力学测试系统还包括：宽场照明模块，用于对第一显微物镜的第一焦平面提供宽场照明；宽场照明模块包括：白光光源和白光扩束器，白光光源的出射光经白光扩束器准直扩束后，入射至第二二向色镜发生透射，再经过第二显微物镜聚焦至第一显微物镜的第一焦平面。
进一步地，双光阱监测模块为图像捕获装置，在图像捕获装置和双光阱形成模块之间设置有第一二向色镜，第一二向色镜用于将来自双光阱操作模块的出射光束反射至双光阱形成模块，以及将来自宽场照明模块并经过双光阱形成模块的照明光束透射至图像捕获装置。
本发明实施方式另一方面提供一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的测试方法，包括：
步骤1：激光光源出射激光光束并分束为偏振态相互垂直的两束独立的线偏振激光光束；
步骤2：通过两个二维扫描振镜或两个空间光调制器或两个声光转换器或两个数字微镜阵列分别接收两束光束，并通过控制各个二维扫描振镜的扫描或各个空间光调制器的电压或各个声光转换器的输入声波频率或各个数字微镜阵列的电压独立操作每束光束的偏转，以操纵每束光束通过第一显微物镜聚焦产生的一个独立的光阱在水平方向的移动，从而实现光阱对微粒的捕获和操纵；
步骤3：通过实时显微图像监测每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动，确保每个光阱稳定捕获单个微粒；
步骤4：控制各个二维扫描振镜的扫描或各个空间光调制器的电压或各个声光转换器的输入声波频率或各个数字微镜阵列的电压，使得两个光阱独立在水平方向移动，通过两个四象限探测器分别采集从两个光阱透射的光信号并转化为电信号分析处理；
步骤5：特定单分子力学测试，包括：
步骤51：调节两个二维扫描振镜或两个空间光调制器或两个声光转换器或两个数字微镜阵列中的一个，使得其对应的光阱及光阱内的微粒均保持位置不变，对该光阱命名为不动光阱；调节两个二维扫描振镜或两个空间光调制器或两个声光转换器或两个数字微镜阵列中的另一个，使得其对应的光阱逐渐靠近不动光阱，对该光阱命名为可动光阱，可动光阱内捕获的微粒与不动光阱内捕获的微粒发生若干次碰撞，然后控制可动光阱带动被捕获的微粒移动至拉伸起始处；
步骤52：制可动光阱从拉伸起始处继续向远离不动光阱内捕获的微粒方向移动指定距离，分析四象限探测器获取的电压信号的变化，完成一次单分子力学测试；
步骤53：若步骤52中电压信号的方差大于预设的阈值，则表示两个被捕获的微粒之间成功粘连单个特定分子，保存此处单分子力学测试数据并返回步骤52，否则返回步骤51。
步骤6：重复步骤2至步骤5；且在步骤4和步骤5的过程中，若监测到两个光阱内无微粒时，返回步骤2重新捕获单个微粒，若监测到一个光阱内出现多个微粒时，通过关闭激光光源释放光阱内的微粒，然后返回步骤2重新捕获单个微粒。
本发明实施方式具有以下有益效果：
(1)本发明实施方式通过光路设计产生两路激光光束在物镜焦平面产生两个独立的光阱，利用两套独立的光阱操作装置例如二维扫描振镜实现两个独立光阱在物镜视野内的自由移动，从而实现样品池与光阱之间以及双光阱之间的相对运动，进而精准高效地实现光阱内的单微粒捕获及特定分子的粘连。该过程中产生的数据信息由两个四象限探测器分别记录，最终通过对四象限探测器数据进行分析，即可得到特定生物单分子的力学测试结果。
(2)本发明实施方式提供的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统及方法，较之于传统的人工操作和二维促动器操作微粒相对位移，显著提高了单分子力学测试的灵活性和可靠性，实现高效稳定可靠的单分子力学性能测试。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的光路示意图。
附图标记：
001-激光分束模块，002-双光阱操作模块，003-双光阱形成模块，004-双光阱监测模块，005-信号收集模块，006-数据采集模块，1-激光光源，2-激光扩束器，3-第一半波片，4-第一偏振分束立方体，5-第二半波片，6-二维扫描振镜，7-第一平凸透镜，8-第三半波片，9-二维扫描振镜，10-第二平凸透镜，11-分束立方，12-第三平凸透镜，13-第一四分之一玻片，14-扫描透镜，15-第一二向色镜，16-图像捕获装置，17-套筒透镜，18-第一显微物镜，19-载物台，20-第二显微物镜，21-第二二向色镜，22-白光扩束器，23-白光光源，24-第二四分之一玻片，25-第四平凸透镜，26-第二偏振分束立方体，27-第一四象限探测器，28-第二四象限探测器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明实施例一方面提供一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，图1为本发明实施例的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的结构示意图。如图1所示，该单分子力学测试系统包括：激光分束模块001、双光阱操作模块002、双光阱形成模块003、双光阱监测模块004、载物台19、信号收集模块005、信号采集模块006和宽场照明模块007。图2为本发明实施例的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的光路示意图，结合图1和图2，下面具体阐述该基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的光路结构。
激光分束模块001，用于将激光光源1出射的激光分束为偏振态相互垂直的两束光束。在本实施例中，激光分束模块001包括激光光源1、激光扩束器2、第一半波片3、第一偏振分束立方体4、第二半波片5和第三半波片8。其中，激光光源1用于出射单波长激光，例如1064nm激光光源；激光扩束器2，用于对激光光源1的出射光进行扩束和准直得到准直光束；第一半波片3，位于激光扩束器2的下游，用于旋转准直光束的偏振态，以调节经第一偏振分束立方体4产生的透射光束和反射光束的光强比，在本实施例中，透射光强和反射光强比为1：1；第一偏振分束立方体4，位于第一半波片3的下游，用于将准直光束通过透射和反射分束为两束光束；透射光束和反射光束分别经过第二半波片5和第三半波片8，调节透射光和反射光经过分束立方11后的光强。
双光阱操作模块002，用于接收上述两束光束并独立操作每束光束的偏转，以操纵每束光束所形成的光阱在水平二维方向的移动，从而实现光阱对微粒的捕获和操纵，进而实现特定生物单分子的粘连。在本实施例中，双光阱操作模块002包括：两个二维扫描振镜6和9、第一平凸透镜7和第二平凸透镜10、分束立方11、第一四分之一玻片13和扫描透镜14。其中，两个二维扫描振镜6和9，分别于第一偏振分束立方体4的透射方向和反射方向接收两束光束，最终两束光束经双光阱形成模块003的第一显微物镜18的焦平面形成双光阱，而通过分别控制二维扫描振镜6和9的给定电压来控制二维扫描振镜的扫描，可以独立操纵每束光束的偏振，配合双光阱监测模块004，可以实时操控两个独立光阱在物镜视野内的自由移动，从而实现样品池与光阱之间以及双光阱之间的相对运动，进而精准高效地实现光阱内的单微粒捕获及特定分子的粘连。
第一平凸透镜7和第二平凸透镜10，其前焦面分别设置有二维扫描振镜6和9，用于聚焦光且优化光路。分束立方11，位于第一平凸透镜7和第二平凸透镜10的后焦面前1/2焦距处，用于对来自第一平凸透镜7的光束进行反射以及对来自第二平凸透镜10的光束进行透射。第三平凸透镜12，位于分束立方11的光路下游，分束立方11的反射光束和透射光束穿过第三平凸透镜12，用于收集光且准直激光。第一四分之一玻片13，位于第三平凸透镜12的光路后焦面处，用于将两束偏振态相互垂直的线偏振光分别转换为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。扫描透镜14，第一四分之一玻片13位于其前焦面上，用于激光扫描和像差矫正。
在另一实施例中，二维扫描振镜6和9可以用两个空间光调制器(SLM)或两个声光转换器(AODF)或两个数字微镜阵列(DMD)替代，通过控制各个SLM的电压或控制各个AODF的输入声波频率或控制各个DMD的电压，亦可实现实时操控两个独立光阱在物镜视野内的自由移动。
双光阱形成模块003，用于接收从双光阱操作模块002出射的两束光束，经由第一显微物镜18聚焦在第一焦平面产生两个独立的光阱。双光阱监测模块004，用于实时监测每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动。在本实施例中，双光阱形成模块003包括：套筒透镜17和第一显微物镜18。其中，套筒透镜17，用于接收来自双光阱操作模块002的两束光束，用于输出至第一显微物镜18的扫描激光光束。第一显微物镜18，位于套筒透镜17的后焦面，用于将两束光束分别聚焦在第一焦平面产生两个相对独立的光阱。在本实施例中，双光阱监测模块004为图像捕获装置16，例如相机16。在本实施例中，在相机16、扫描透镜14和套筒透镜17之间设置有第一二向色镜15，用于将来自扫描透镜14的出射光束反射至套筒透镜17，并将自宽场照明模块007并经过双光阱形成模块003的照明光束透射至相机16，以通过相机实时每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动，从而辅助光阱的移动和微粒捕获。
载物台19，位于第一显微物镜18的第一焦平面附近，载物台19可三维移动，用于精密调整置于其上的样品在三个维度上的位置。
宽场照明模块007，用于对第一显微物镜18的第一焦平面提供宽场照明。在本实施例中，宽场照明模块007包括白光光源23和白光扩束器22。白光光源23的出射光经白光扩束器22准直扩束后，入射至第二二向色镜21发生透射，再经过第二显微物镜20聚焦至第一显微物镜18的第一焦平面。
信号收集模块005，用于收集从两个光阱透射的激光信号并传输至数据采集模块006。在本实施例中，信号收集模块005包括第二显微物镜20和第二二向色镜21。第二显微物镜20与第一显微物镜18相对设置于载物台19的两侧，且其焦平面与第一显微物镜18的第一焦平面重合，用于一方面将来自宽场照明模块007的光束聚焦至第一显微物镜18的第一焦平面以提供宽场照明，另一方面收集从两个光阱透射的光信号。第二二向色镜21，位于第二显微物镜20的光路下游，用于将来自第二显微物镜20的激光信号反射进入数据采集模块006。
数据采集模块006，用于接收来自信号收集模块005的光信号并转换为电信号完成单分子力学测试数据的采集。在本实施例中，数据采集模块006包括第二四分之一玻片24、第四平凸透镜25、第二偏振分束立方体26、第一四象限探测器27和第二四象限探测器28。其中，第二四分之一玻片24，用于将第二显微物镜20收集的激光束从圆偏振光变换为线偏振光；第四平凸透镜25，位于第二四分之一玻片24的下游，用于聚焦激光束；第二偏振分束立方体26，贴近第四平凸透镜25的下游设置，用于将偏振态相互垂直的两束激光通过透射和反射进行分束，并分别输入到第一四象限探测器27和第二四象限探测器28中；第一四象限探测器27和第二四象限探测器28，分别探测来自第二偏振分束立方体26的透射方向和反射方向的激光信号的空间位置并转化为电压信号。
本发明实施例另一方面提供一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的测试方法。下面以二维扫描振镜为例阐述该测试方法。该方法包括以下步骤：
步骤1：激光光源出射激光光束并分束为偏振态相互垂直的两束独立的线偏振激光光束；
步骤2：通过两个二维扫描振镜分别接收两束光束，并通过控制各个二维扫描振镜的扫描独立操作每束光束的偏转，以操纵每束光束通过第一显微物镜18聚焦产生的一个独立的光阱在水平方向的移动，即通过操纵二维扫描振镜的偏转使得光阱与其周围微粒发生相对位移，进而寻找微粒，最终实现光阱对微粒的捕获和操纵；
步骤3：通过实时显微图像监测每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动，确保每个光阱稳定捕获单个微粒；
步骤4：控制各个二维扫描振镜的扫描，使得两个光阱可以独立在水平方向移动，通过两个四象限探测器分别采集从两个光阱透射的光信号并转化为电信号分析处理，即进行分析处理后得到光阱刚度及四象限探测器灵敏度信息等。
步骤5：特定单分子力学测试，包括：
步骤51：调节两个二维扫描振镜6和9中的一个，使得其对应的光阱及光阱内的微粒均保持位置不变，对该光阱命名为不动光阱；调节两个二维扫描振镜6和9中的另一个，使得其对应的光阱逐渐靠近不动光阱，对该光阱命名为可动光阱，可动光阱内捕获的微粒与不动光阱内捕获的微球发生若干次碰撞，然后控制可动光阱带动被捕获的微粒移动至拉伸起始处；其中，拉伸起始处是指可动光阱捕获的微粒与不动光阱捕获的微粒发生碰撞的起始位置。
步骤52：控制可动光阱从拉伸起始处继续向远离不动光阱内捕获的微粒方向移动指定距离，分析四象限探测器获取的电压信号的变化，完成一次单分子力学测试；
步骤53：若步骤52中电压信号的方差大于预设的阈值，则表示两个被捕获的微粒之间成功粘连单个特定分子，保存此处单分子力学测试数据并返回步骤52，否则返回步骤51。
步骤6：重复步骤2至步骤5；且在步骤4和步骤5的过程中，若监测到两个光阱内无微粒时，返回步骤2重新捕获单个微粒，若监测到一个光阱内出现多个微粒时，通过关闭激光光源1释放光阱内的微粒，然后返回步骤2重新捕获单个微粒。
本发明通过光路设计产生两路激光光束在物镜焦平面产生两个独立的光阱，利用两套独立的光阱操作装置例如二维扫描振镜实现两个独立光阱在物镜视野内的自由移动，从而实现样品池与光阱之间以及双光阱之间的相对运动，进而精准高效地实现光阱内的单微粒捕获及特定分子的粘连。该过程中产生的数据信息由两个四象限探测器分别记录，最终通过对四象限探测器数据进行分析，即可得到特定生物单分子的力学测试结果。较之于传统的人工操作和二维促动器操作微粒相对位移，本发明提供的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统及方法，显著提高了单分子力学测试的灵活性和可靠性，实现高效稳定可靠的单分子力学性能测试。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，包括：
激光分束模块(001)，用于将激光光源(1)出射的激光分束为偏振态相互垂直的两束光束；
双光阱操作模块(002)，用于接收两束光束并独立操作每束光束的偏转，以操纵每束光束所形成的光阱在水平二维方向的移动，从而实现光阱对微粒的捕获和操纵；
双光阱形成模块(003)，用于接收从双光阱操作模块(002)出射的两束光束，经由第一显微物镜(18)聚焦在第一焦平面产生两个独立的光阱；
可三维移动的载物台(19)，位于第一显微物镜(18)的第一焦平面附近，用于放置样品池而提供被每个光阱所捕获的微粒；
双光阱监测模块(004)，用于监测每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动；
信号收集模块(005)，用于收集从两个光阱透射的光信号并传输至数据采集模块(006)；和
数据采集模块(006)，用于接收来自信号收集模块(005)的光信号并转换为电信号完成单分子力学测试数据的采集；
其中，激光分束模块(001)包括第一偏振分束立方体(4)，用于将激光光源(1)出射的激光分束通过透射和反射分束为两束光束，
双光阱操作模块(002)包括：
两个二维扫描振镜(6)、(9)，分别于第一偏振分束立方体(4)的透射方向和反射方向接收两束光束，通过控制各个二维扫描振镜的扫描独立操作每束光束的偏转；或者
两个声光转换器(6)、(9)，分别于第一偏振分束立方体(4)的透射方向和反射方向接收两束光束，通过控制各个声光转换器的输入声波频率独立操作每束光束的偏转；或者
两个空间光调制器(6)、(9)，分别于第一偏振分束立方体(4)的透射方向和反射方向接收两束光束，通过控制各个空间光调制器的电压独立操作每束光束的偏转；或者
两个数字微镜阵列(6)、(9)，分别于第一偏振分束立方体(4)的透射方向和反射方向接收两束光束，并通过控制各个数字微镜阵列的电压独立操作每束光束的偏转；
双光阱操作模块(002)还包括：
第一平凸透镜(7)和第二平凸透镜(10)，第一平凸透镜(7)和第二平凸透镜(10)的前焦面分别设置有二维扫描振镜(6)和(9)或声光转换器(6)和(9)或空间光调制器(6)和(9)或数字微镜阵列(6)和(9)；和
分束立方(11)，位于第一平凸透镜(7)和第二平凸透镜(10)的后焦面前1/2焦距处，用于对来自第一平凸透镜(7)的光束进行反射以及对来自第二平凸透镜(10)的光束进行透射。
2.根据权利要求1所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，激光分束模块(001)包括：
激光光源(1)，用于出射单波长激光；
激光扩束器(2)，用于对激光光源(1)的出射光进行扩束和准直得到准直光束；
第一半波片(3)，位于激光扩束器(2)的下游，用于旋转准直光束的偏振态，以调节经第一偏振分束立方体(4)产生的透射光束和反射光束的光强比；
第一偏振分束立方体(4)，位于第一半波片(3)的下游；
第二半波片(5)和第三半波片(8)，分别位于第一偏振分束立方体(4)的透射光路和反射光路的下游，用于调节透射光束和反射光束的偏振，以调节透射光束和反射光束经过分束立方(11)后的光强。
3.根据权利要求1所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，双光阱操作模块(002)还包括：
第三平凸透镜(12)，位于分束立方(11)的下游，用于收集且准直激光；
第一四分之一玻片(13)，位于第三平凸透镜(12)的后焦面处，用于将偏振态相互垂直的两束线偏振光分别转换为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；
扫描透镜(14)，第一四分之一玻片(13)位于扫描透镜(14)的前焦面处，用于激光扫描和矫正像差。
4.根据权利要求1所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，双光阱形成模块(003)包括：
套筒透镜(17)，用于接收来自双光阱操作模块(002)的两束光束，输出至第一显微物镜(18)的扫描激光光束；
第一显微物镜(18)，位于套筒透镜(17)的后焦面处，用于将两束光束分别聚焦在第一焦平面产生两个相对独立的光阱。
5.根据权利要求1所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，信号收集模块(005)包括：
第二显微物镜(20)，与第一显微物镜(18)相对设置于载物台(19)的两侧，且其焦平面与第一显微物镜(18)的第一焦平面重合，用于收集从两个光阱透射的激光信号；
第二二向色镜(21)，位于第二显微物镜(20)的下游，用于将来自第二显微物镜(20)的激光信号反射至数据采集模块(006)。
6.根据权利要求5所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，数据采集模块(006)包括：
第二四分之一玻片(24)，用于将第二显微物镜(20)收集的激光信号从圆偏振光变换为线偏振光；
第四平凸透镜(25)，位于第二四分之一玻片(24)的下游，用于聚焦激光信号；
第二偏振分束立方体(26)，贴近第四平凸透镜(25)设置，用于将偏振态相互垂直的两束激光通过透射和反射进行分束，并分别输入到第一四象限探测器(27)和第二四象限探测器(28)中；
第一四象限探测器(27)和第二四象限探测器(28)，分别探测来自第二偏振分束立方体(26)的透射方向和反射方向的激光信号的空间位置并转化为电压信号。
7.根据权利要求5所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，还包括宽场照明模块(007)，用于对第一显微物镜(18)的第一焦平面提供宽场照明；宽场照明模块(007)包括：白光光源(23)和白光扩束器(22)，白光光源(23)的出射光经白光扩束器(22)准直扩束后，入射至第二二向色镜(21)发生透射，再经过第二显微物镜(20)聚焦至第一显微物镜(18)的第一焦平面。
8.根据权利要求7所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统，其特征在于，双光阱监测模块(004)为图像捕获装置(16)，在图像捕获装置(16)和双光阱形成模块(003)之间设置有第一二向色镜(15)，第一二向色镜(15)用于将来自双光阱操作模块(002)的出射光束反射至双光阱形成模块(003)，以及将来自宽场照明模块(007)并经过双光阱形成模块(003)的照明光束透射至图像捕获装置(16)。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的测试方法，包括：
步骤1：激光光源(1)出射激光光束并分束为偏振态相互垂直的两束独立的线偏振激光光束；
步骤2：通过两个二维扫描振镜(6)、(9)或两个空间光调制器(6)、(9)或两个声光转换器(6)、(9)或两个数字微镜阵列(6)、(9)分别接收两束光束，并通过控制各个二维扫描振镜的扫描或各个空间光调制器的电压或各个声光转换器的输入声波频率或各个数字微镜阵列的电压独立操作每束光束的偏转，以操纵每束光束通过第一显微物镜(18)聚焦产生的一个独立的光阱在水平方向的移动，从而实现光阱对微粒的捕获和操纵；
步骤3：通过实时显微图像监测每个光阱中的微粒数量及运动状况以及两个光阱之间的相对运动，确保每个光阱稳定捕获单个微粒；
步骤4：控制各个二维扫描振镜的扫描或各个空间光调制器的电压或各个声光转换器的输入声波频率或各个数字微镜阵列的电压，使得两个光阱独立在水平方向移动，通过两个四象限探测器分别采集从两个光阱透射的光信号并转化为电信号分析处理；
步骤5：特定单分子力学测试，包括：
步骤51：调节两个二维扫描振镜(6)、(9)或两个空间光调制器(6)、(9)或两个声光转换器(6)、(9)或两个数字微镜阵列(6)、(9)中的一个，使得其对应的光阱及光阱内的微粒均保持位置不变，对该光阱命名为不动光阱；调节两个二维扫描振镜(6)、(9)或两个空间光调制器(6)、(9)或两个声光转换器(6)、(9)或两个数字微镜阵列(6)、(9)中的另一个，使得其对应的光阱逐渐靠近不动光阱，对该光阱命名为可动光阱，可动光阱内捕获的微粒与不动光阱内捕获的微粒发生若干次碰撞，然后控制可动光阱带动被捕获的微粒移动至拉伸起始处；
步骤52：控制可动光阱从拉伸起始处继续向远离不动光阱内捕获的微粒方向移动指定距离，分析四象限探测器获取的电压信号的变化，完成一次单分子力学测试；
步骤53：若步骤52中电压信号的方差大于预设的阈值，则表示两个被捕获的微粒之间成功粘连单个特定分子，保存此处单分子力学测试数据并返回步骤52，否则返回步骤51。
10.根据权利要求9所述的基于双光阱光镊的单分子力学测试系统的测试方法，其特征在于，还包括步骤6：重复步骤2至步骤5；且在步骤4和步骤5的过程中，若监测到两个光阱内无微粒时，返回步骤2重新捕获单个微粒，若监测到一个光阱内出现多个微粒时，通过关闭激光光源(1)释放光阱内的微粒，然后返回步骤2重新捕获单个微粒。
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