RU2001121823A - Оптическое устройство для пространственной манипуляции объектами - Google Patents

Claims (23)

1. Устройство для оптической манипуляции пространственным положением объектов в среде, включающее источник оптического излучения, оптическую систему, систему пространственного перемещения объекта в среде, связанную с оптической системой и/или с передвижным столиком, на котором может находиться объект, отличающееся тем, что источник излучения выполнен непрерывным и введен модулятор интенсивности излучения, связанный с этим источником, или источник излучения выполнен импульсным, введен дополнительный оптический блок, расположенный после основной оптической системы, параметры этого блока взаимосвязаны с параметрами оптической системы, указанный блок выполнен таким образом, чтобы обеспечить заданное распределение излучения в среде вблизи объекта и включает в себя линзу или систему линз, и/или диафрагму, и/или пространственный фильтр, и/или голографические элементы, и/или дифракционные элементы, и/или интерференционные элементы, и/или оптические элементы для пространственного сканирования светового пучка вокруг объекта, и/или одного или нескольких гибких световодов, и/или различных комбинаций указанных элементов, длина волны оптического источника и оптические параметры и состав среды выбраны таким образом, чтобы обеспечить поглощение излучения в самой среде, временные и энергетические параметры оптического источника выбраны исходя из условия обеспечения термических и/или акустических градиентов в среде около объекта, достаточных для его передвижения и/или пространственной фиксации в заданном объеме.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параметры дополнительного оптического блока выбраны таким образом, чтобы обеспечить в среде вблизи объекта распределение световой энергии в виде одиночного светового пятно, и/или узкой прямоугольной полоски (линии), и/или дуги окружности, и/или в виде полусерпа, и/или в виде светового кольца вокруг объекта и/или в виде сплошного светового пятна с интенсивностью излучения, уменьшающейся к центру, и/или в виде светового кольца вокруг объекта и/или, и/или в виде светового кольца, в центре которого имеется отдельное световое пятно, и/или их различных комбинаций, причем распределение энергии в них может быть как непрерывным, так и дискретным, т.е. состоящим из отдельных световых пятен и/или полосок, и/или полусерпов, дуг окружности и/или их различных комбинаций.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающийся тем, что оптический блок выполнен в виде цилиндрической линзы и/или сфероцилиндрической линзы, и/или одной или нескольких оптических пластин с регулируемым углом наклона по отношению к оптической оси основной оптической системы, и/или различной комбинации этих элементов.

4. Устройство по п.1, отличающийся тем, что между дополнительным оптическим блоком и объектом введены дополнительные оптические элементы, расположенные в среде рядом с объектом и представляющие собой оптически прозрачную для излучения пластину, или аналогичную пластину, но с поглощающим покрытием на поверхности, обращенной к объекту, или аналогичную первой пластину с дополнительной поглощающей пленкой на указанной поверхности, или только одну поглощающую пленку, так что плоскости указанных элементов ориентированы перпендикулярно оптической оси указанного блока.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рядом с объектом размещены акустическая линза, ориентированная в пространстве так, что излучение попадает на входную поверхность этой линзы, фокус линзы совпадает с положением объекта, причем на входную или выходную поверхности линзы нанесены поглощающие покрытия, и дополнительно предусмотрены блок изменения частоты оптического воздействия, связанный с оптическим источником и/или блок механического перемещения линзы, связанный с этой линзой.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что отдельные акустические линзы объединены в линейку, оптическая система выполнена так, чтобы обеспечивать формирование несколько световых пучков, каждый из которых попадает на соответствующую линзу и введен блок фазовой задержки, соединенный с каждой из линз и источником излучения для обеспечения работы линейки линз в режиме фазовой акустической антенны.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введен второй дополнительный оптический блок, связанный с первым блоком и оптической системой, выполненный в виде светоделительных пластинок и/или дифракционных элементов и/или световодов, ориентированных в пространстве так, чтобы обеспечить разделение основного светового пучка на несколько других как минимум двух световых пучков, которые ориентированы под углом относительно друг друга, величина этого угла лежит в диапазоне от 1 до 180°, например, пучки могут быть ориентированы перпендикулярно друг другу или навстречу друг другу, причем в последнем случае пучки могут располагаться как соосно, так и их оптические оси могут параллельно смещены друг относительно друга, и положение фокусов может совпадать, лежать в одной плоскости или быть смещенным вдоль оптической оси относительно друг друга.

8. Устройство по пп.1 и 7, отличающееся тем, что параметры дополнительного оптического блока совместно с параметрами оптической системы выбраны таким образом, чтобы обеспечить в среде около объекта трехмерное распределение энергии в виде одиночного цилиндра, и/или вогнутой линзы, и/или сферы с объектом внутри этой сферы, и/или двух пересекающихся цилиндрических пучков с объектом внутри области их пересечения, и/или периодических пространственных решеток с различным шагом от единиц микрон до нескольких миллиметров и/или их различных комбинаций.

9. Устройство по пп.1-8, отличающееся тем, что для создания необходимого объемного пространственного распределения излучения вблизи объекта введены дополнительные источники оптического излучения с независимыми основными оптическими системами и дополнительными оптическими блоками.

10. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что введена дополнительно трубка с оптическими прозрачными стенками и средой внутри, в которой располагается объект, а оптическая система обеспечивает заданное распределение световой энергии уже внутри этой трубки при ориентации оси оптического пучка вдоль или перпендикулярно оси указанной трубки, включая плоскую геометрию одного светового пучка, плоскость которого ориентирована перпендикулярно оси указанной трубки, и/или двух плоских пучков, между которыми находится объект, и/или цилиндрическую геометрию оптического пучка и/или их различные комбинации.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введен модулятор, соединенный с дополнительным оптическим блоком, этот блок выполнен таким образом, чтобы обеспечить цилиндрическую геометрию светового пучка с поперечным сечением в виде кольца и независимой центральной частью, модулятор выполнен таким образом, чтобы обеспечивать модуляцию интенсивности центральной части светового пучка, независимую от модуляции периферической кольцевой части.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный оптического блока выполнен в виде оптического волокна, которое зафиксированное в пространстве с помощью дополнительного держателя так, чтобы конец волокна находился вблизи объекта, причем в самом держателе предусмотрено дополнительное устройство для передвижения держателя вместе с волокном в любом заданном направлении.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что на торец волокна нанесено поглощающее покрытие и/или на нем зафиксирован поглощающий излучение наконечник, и/или торец волокна имеет вогнутую поверхность и/или на указанной вогнутой поверхности нанесено поглощающее излучение покрытие и/или к торцу волокна пристыковывается акустическая линза с поглощающим покрытием на входной плоской поверхности или на выходной вогнутой поверхности.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введены микроскопические покровные стекла, располагаемые на передвижном столике, между которыми находится среда с образцом, в качестве оптической системы используется схема инвертного микроскопа, а для прецизионного управления передвижным столиком введена система типа джойстика.

15. Устройство по пп.1-14, отличающееся тем, что оптическая система обеспечивает световое распределение энергии около объекта, которое частично соприкасается с объектом в одной или одновременно нескольких пограничных зон, включаю и касание по всему периметру объекта.

16. Устройство по пп.1-15, отличающееся тем, что в качестве среды используется различные поглощающие излучение жидкости, и/или растворы жидкостей, и/или газы, и/или смеси газов, включая воздух, и/или гели, и/или биологические среды, и/или их различные комбинации.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что оптическая система обеспечивает заданное распределение излучения внутри среды типа живых биологических тканей или отдельных клеток, а в качестве объекта используется лекарство и/или капсулы с лекарством, выполненные, например, в виде липосом, и/или различные микроносителей типа полистероловых микросфер с присоединенными к ним биологическими элементами, и/или различные флуоресцентные зонды, и/или фототермические пробы в виде химических соединений, различных металлических и неметаллических микрошариков и/или их различных комбинаций.

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что среда является непоглощающей или слабопоглощающей, а необходимое поглощение в ней в обеспечивается путем включения в состав среды поглощающих компонент различной природы.

19. Устройство по пп.1-18, отличающееся тем, что введен один или несколько дополнительных блоков подачи потоков поглощающих добавок в область облучения, в которых обеспечивается как дискретная, так и непрерывная подача этих потоков, включая использование аэрозольного потока, указанный блок или блоки имеет различную ориентацию по отношению к оптическому пучку, обеспечивая в том числе соосное и перпендикулярное направление указанных потоков относительно оси оптического пучка и различную пространственную геометрию этих потоков от цилиндрической до плоской.

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система обеспечивает заданное распределение излучения в среде, соприкасающейся с поверхностью твердых подложек различной природы, включая полупроводниковые или оптические элементы, а объекты размещаются на поверхности этих элементов.

21. Устройство по пп.1-20, отличающееся тем, что в качестве источника излучения используется лазер, работающий в непрерывном и режиме и вводится дополнительно модулятор, стыкованный с лазером для обеспечения модуляции мощности в широком диапазоне частот от единиц Гц до сотен МГц.

22. Устройство по пп.1-20, отличающееся тем, что в качестве источника излучения используется источник импульсного излучения с длительностью импульса от 10^-3 до 10^-15 с и вводится дополнительный блок, соединенный с этим источником и обеспечивающий режим повторения отдельных импульсов в диапазоне от единиц Гц до сотен МГц.

23. Устройство по пп.1-20, отличающееся тем, что в качестве источников излучения могут использоваться многие известные газовые, твердотельные, полупроводниковые лазеры и лазеры на красителях, работающие в непрерывных импульсных режимах, включая импульсный азотный лазер, полупроводниковые лазеры в ближнем инфракрасном диапазоне, неодимовый лазер (первая и вторая гармоника), лазер на сапфире, эрбиевый, рубиновый и гольмиевый лазеры, лазер на углекислом газе.