CN110333604B - 一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***及其调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***及其调控方法，所述可调控全光输运带***包括激光器、光学***及样品台，微纳颗粒位于样品台上，所述激光器产生的激光经光学***照射在样品台上以输运微纳颗粒；所述光学***包括圆形柱透镜、扩散准直透镜组、聚焦透镜、入射反射镜。与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提供的一种用于微纳颗粒的全光输运带***，接操控光阱位置，不依赖衬底结构，能够同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控，大大提高了光学输运***的应用灵活性，拓宽了其应用前景。

Description

一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***及其调控方法

技术领域

本发明涉及全光操控微纳颗粒输运的技术领域，更具体地，涉及一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***及其调控方法。

背景技术

光力存在于光与物质相互作用时的动量交换过程，因其具有非接触、无损伤、操作精度高等优点，广泛应用于物理、化学、生物及医学等前沿领域。全光输运就是一种利用光力输运微纳颗粒的技术，可精确操控颗粒的分离、归类以及定点输运。全光输运带使用的光力在pN量级，与利用光镊操控细胞及利用光力研究DNA特性使用的力在同一量级，因此全光输运带在细胞学和生物学及微流输运中具有重要的应用价值。然而目前的全光输运***大部分依赖于衬底结构的设计，或者是利用光热效应，并非直接针对光镊设计，无法同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控，且对制作工艺有很高的要求。

南京大学的Xuping Zhang团队在2016年报道了一种基于梯度纳米棒的波导耦合纳米光学传输带(Optics letters,41(3),528-531)，设计了一种利用纳米棒的波导耦合实现纳米颗粒的光学传输带，当不同波长的激光光照波导时，产生光阱的位置不一样，即颗粒受到的力的分布不一样，由于颗粒受到指向向着光阱中心的光力，所以颗粒会向光阱中心运动。虽然此设计提供了一种精确输运粒子的新方法，但其实现的光学输运带依赖于衬底的结构和材质，并非直接操控光阱的位置捕获颗粒，输运方向单一且输运距离短。

申请号为201811055855.9的专利公开了一种利用交流电场驱动及定向输运微纳米颗粒的***，包括对微纳米颗粒的输运速度大小进行调控的函数发生器和实现微纳米颗粒定向输运的叉指电极，所述函数发生器的两个输出端分别与所述叉指电极的两端连接，所述函数发生器向所述叉指电极输出电压和频率可调的交流电。通过调节叉指电极的电压、频率和叉指电极的尺寸等方式调控微纳米颗粒的输运速度，采用不同叉指电极的形状来调控微纳米颗粒的运动方向，实现微纳米颗粒的定向输送。该方法虽然能控制微纳颗粒的输运速度并实现定向输运，但其需要制备制作工艺复杂的叉指电极，且其定向输运依赖于不同的叉指电极结构，不能在同一结构上实现任意角度上的定向输运，继而也无法实现输运起始点的控制。上述两种方式均无法同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可控，且输运装置的制作工艺复杂，具有很大的局限性。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中的至少一种缺陷(不足)，提供了一种用于微纳颗粒的全光输运带***，可以直接操控光阱位置，不依赖衬底结构，能够同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于微纳颗粒的全光输运带***的调控方法，具体给出实现微纳颗粒的输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向的调控方式。

本发明采取的技术方案是：

一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，包括激光器、光学***及样品台，微纳颗粒位于样品台上，所述激光器产生的激光经光学***照射在样品台上以输运微纳颗粒；所述光学***包括圆形柱透镜、扩散准直透镜组、聚焦透镜、入射反射镜；所述圆形柱透镜用于将激光束整形为椭圆形高斯光束，所述扩散准直透镜组用于将椭圆形高斯光束扩大并准直，所述聚焦透镜将光束聚焦到微米级别，所述入射反射镜用于改变光束方向，使其以一倾斜角入射到样品台上形成全光输运带，通过散射力实现微纳颗粒的全光输运。

全光输运带***利用激光和物质之间的相互作用时的动量交换产生的光力实现对微纳物质的操控，该输运带和现实中的物体输运带类似，我们可以通过输运带将物体输运到指定的地方，而且可以控制输运的速度。这种全光输运带的输运对象是微小物质，比如微米小球、生物细胞、生物分子以及一些纳米物质等。

本发明中，所述激光器产生的激光照射到垂直放置的圆形柱透镜上，圆形柱透镜可使激光器产生的近圆形高斯光束在一个维度上聚焦，在另一维度上平行通过从而形成椭圆形高斯光束。要实现全光输运，需将光束聚焦到微米级，这样才能产生操控微粒所需的光力，由于激光器出射光束直径大，且透过圆形柱透镜的椭圆形高斯光束并非准直光束，需先将椭圆形高斯光束扩束并准直，本***使用扩散准直透镜组将椭圆形高斯光束扩束并使其出射光束为准直光束，随后再经过聚焦透镜将光束尺寸在透镜焦点处聚焦到微米量级，调节入射反射镜与聚焦透镜的距离，使光束聚焦到样品上，即可产生操控微粒所需的光力。

具体的，通过旋转所述圆形柱透镜来改变聚焦平面上椭圆形光斑的位置和长轴方向即可改变全光输运带的输运起始点和输运方向，通过改变激光器的入射光功率即可改变全光输运带的输运速度，通过改变激光器的开启时间即可改变全光输运带的输运距离。本发明提供的可调控全光输运带***不依赖衬底结构，即可实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控的功能，整个***结构简单，操作方便，易于实现。

进一步的，所述聚焦透镜为第三凸透镜，所述第三凸透镜聚焦后的光束经所述入射反射镜反射到样品台上的微纳颗粒上。本发明在中，要实现全光输运，需要将光束聚焦到微米级，这样才能产生操控微粒所需的光力，经所述扩散准直透镜组扩束并准直的激光束，由所述第三凸透镜聚焦后的光束在其焦点处达到微米量级，经所述入射反射镜反射到样品台上的微纳颗粒上，在该处设置入射反射镜，将光束以微米级状态反射到样品台上，能够很好实现微米区域的定点输运，焦点处的微米级光斑能进一步高精度控制微纳颗粒的起始和终点位置。

进一步的，所述扩散准直透镜组包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜在光学路线上更靠近激光器，第二凸透镜的焦距大于第一凸透镜。具体的，所述第二凸透镜的焦距为第一凸透镜的2～7倍，这样非准直椭圆形高斯光束变成准直的椭圆形高斯光束，并且光束被扩大2～7倍，在x、y两个维度上均有放大，光束的放大有助于聚焦透镜对光束的聚焦，入射光光束直径越大，则透镜能把光束聚焦到越小。

进一步的，所述第一凸透镜将椭圆形高斯光束聚焦到第二凸透镜的焦点处。

进一步的，所述圆形柱透镜焦距为10～30cm。

进一步的，所述激光器波长为480～580nm，输出光功率为0～2.3W。

进一步的，所述激光器输出光光斑直径为1～3mm。

进一步的，样品受光束照射的入射角度为30～60°。具体的，微纳颗粒即为被移动的样品。

进一步的，所述全光输运带为椭圆形，椭圆形长轴为250～300μm，短轴为16～20μm，束腰为(40～70)×(3～5.5)μm。

本发明中，实现全光输运的全光输运带是椭圆形的，即作用在样品颗粒上的光斑为椭圆形，而非其他任意形状，颗粒在椭圆形高斯光束的短轴方向上受强光梯度力将其约束在长轴方向上，并受长轴方向光散射力和光梯度力的合力使其沿长轴运动，长轴方向即为微纳颗粒的输运方向，这样全光输运带能将颗粒约束在光斑中心长轴上并使其沿着光斑长轴运动

进一步的，所述样品台包括培养皿、石英玻片及样品，微纳颗粒样品位于石英玻片上，石英玻片放置在培养皿中。

进一步的，所述激光器与圆形柱透镜之间设有光路调整镜组，所述光路调整镜组用于调整激光束的照射方向，包括两个相互平行的第一反射镜和第二反射镜。

一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***的调控方法，所述激光器产生的激光光束经圆形柱透镜形成椭圆形高斯光束，再由所述扩散准直透镜组扩大并准直，随后由所述聚焦透镜将光束聚焦到微米级，最后由反射镜将微米级光束反射到样品台上形成全光输运带，样品台上的微纳颗粒在全光输运带的光力作用下移动；通过旋转所述圆形柱透镜来改变全光输运带的输运起始点和输运方向，通过改变激光器的入射光功率来改变全光输运带的输运速度，通过改变激光器的开启时间来改变全光输运带的输运距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的一种用于微纳颗粒的全光输运带***，直接操控光阱位置，不依赖衬底结构，能够同时实现微纳颗粒输运起始点、输运速度、输运距离和输运方向均可调控，大大提高了光学输运***的应用灵活性，拓宽了其应用前景。

(2)本发明提供了一套由激光器、光学***组成的装置，具体通过光学***将激光束产生的光束聚焦到微米级，产生了操控微纳颗粒所需的光力，结构简单，容易实现。

(3)本发明根据多次实验得到能够实现最佳效果的实验数据，为研究和制造应用全光输运带***提供了有用依据。

附图说明

图1为本发明实施例1中全光输运带***的实现装置图。

图2为本发明实施例1中全光输运带***全光输运颗粒示意图。

图3为本发明实施例1中在显微成像***下观察到的全光输运带。

图4为本发明实施例1中演示全光输运带***实现颗粒任意起点输运功能。

图5为本发明实施例1中演示全光输运带***实现颗粒输运速度可控功能。

图6为本发明实施例1中演示全光输运带***实现颗粒输运方向可控功能。

图7为本发明实施例1中示全光输运带***实现颗粒输运距离可控功能。

附图说明：激光器1、第一反射镜2、第二反射镜3、圆形柱透镜4、第一凸透镜5、第二凸透镜6、第三凸透镜7、入射反射镜8、培养皿9、样品10、石英玻片11、物镜12、分色镜13、第四凸透镜14、照明灯15、滤光镜16、CCD17、计算机18。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，包括激光器1、光学***及样品10台，微纳颗粒位于样品10台上，所述激光器1产生的激光经光学***照射在样品10台上以输运微纳颗粒；所述光学***包括圆形柱透镜4、扩散准直透镜组、聚焦透镜、入射反射镜8；所述圆形柱透镜4用于将激光束整形为椭圆形高斯光束，所述扩散准直透镜组用于将椭圆形高斯光束扩束并准直，所述聚焦透镜将光束聚焦到微米级别，所述入射反射镜8用于改变光束方向，使其以一倾斜角入射到样品台上形成全光输运带。

进一步的，所述聚焦透镜为第三凸透镜7，所述第三凸透镜7聚焦后的光束经所述入射反射镜8反射到样品台上的微纳颗粒样品10上。

进一步的，所述扩散准直透镜组包括第一凸透镜5和第二凸透镜6，所述第一凸透镜5在光学路线上更靠近激光器1，第二凸透镜6的焦距为第一凸透镜5的5倍。

进一步的，所述第一凸透镜5将椭圆形高斯光束聚焦到第二凸透镜6的焦点处。

具体的，所述第一凸透镜5到圆形柱透镜4的距离为18cm，第三凸透镜7的焦距与第二凸透镜6相同，它们之间的距离为23cm，入射反射镜8中心到第三凸透镜7的距离为7cm。

进一步的，所述圆形柱透镜4焦距为20cm。

进一步的，所述激光器1波长为532nm，输出光功率为0～2.3W。

进一步的，所述激光器1输出光光斑直径为2mm。

进一步的，样品10受光束照射的入射角度为30°。

进一步的，所述全光输运带为椭圆形，椭圆形长轴为270μm，短轴为18μm，束腰为55×4.3μm。

进一步的，所述样品台包括培养皿9、石英玻片11及样品10，微纳颗粒样品10位于石英玻片11上，石英玻片11放置在培养皿9中。

进一步的，所述激光器1与圆形柱透镜4之间设有光路调整镜组，所述光路调整镜组用于调整激光束的照射方向，包括两个相互平行的第一反射镜2和第二反射镜3。

一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***的调控方法，所述激光器1产生的激光光束经圆形柱透镜4形成椭圆形高斯光束，再由所述扩散准直透镜组扩大并准直，随后由所述聚焦透镜将光束再次聚焦，经入射反射镜8将光束聚焦到样品10上形成微米级的全光输运带，样品台上的微纳颗粒在全光输运带的光力作用下移动；通过旋转所述圆形柱透镜4来改变全光输运带的输运起始点和输运方向，通过改变激光器1的入射光功率来改变全光输运带的输运速度，通过改变激光器1的开启时间来改变全光输运带的输运距离。

为便于观察实验室结果验证，发明人在以上提供的全光输运带***上添加了显微成像***，具体如图1所示；所述显微成像***包括物镜、照明灯、分色镜、第四凸透镜、滤光镜、CCD及计算机，其中，物镜的放大倍数为10X，数值孔径NA＝1.0，这样可观测较大的视场，有助于调整全光输运带的位置和角度并观察颗粒的运动轨迹；滤光镜的波长为532nm，这样可有效降低激光照射样品10颗粒的散射光，以免CCD过饱和，看不清颗粒形貌和轨迹。

具体过程为：激光器1产生的近圆形高斯光束经相互平行且有一定倾角的第一反射镜2和第二反射镜3将光束提升到一定的高度，使之照射到垂直放置的圆形柱透镜4，圆形柱透镜4的焦距为20cm，该圆形柱透镜4将入射光束在一个方向聚焦，而使另一方向光平行通过，从而将入射光聚焦成椭圆形高斯光束。为实现全光输运，需将光束聚焦到微米级，这样才能产生操控微粒所需的光力，但激光器1出射光束直径大，且透过圆形柱透镜4的椭圆形高斯光束并非准直光束，为使作用在微粒上的椭圆形光斑尺寸聚焦到微米量级，需先将椭圆形高斯光束扩大并准直，具体为，椭圆形高斯光束经第一凸透镜5聚焦到第二凸透镜6的焦点处，第一凸透镜5是焦距为5cm的短焦距透镜，第二凸透镜6是焦距为25cm的长焦距透镜，由凸透镜成像原理可知，经第二凸透镜6的光束被扩大5倍且为准直光束，随后再经过一个焦距为25cm的长焦第三凸透镜7，使光束再次聚焦，光束直径可以被聚焦到微米级，经入射反射镜8将第三凸透镜7的焦点反射到样品10上，即可进行全光操作，入射反射镜8反射到样品10上的光束入射角度如图2所示。物镜12、分色镜13、第四凸透镜14组成显微镜，照明灯15作为显微镜光源，通过放大倍数为10倍的物镜12及连接计算18的CCD17可以在计算机18上清晰观测到光斑形状及颗粒分布和运动情况，在显微成像***下观察到的全光输运带形状如图3所示，输运带输运方向(椭圆形光斑长轴方向)长度为270μm，输运带宽度(椭圆形光斑短轴方向)为18μm。由于操作过程中激光器1输出功率较大，激光照射到颗粒10上会产生较强的散射光，因此成像到CCD17前需使用一块波长为532nm的滤光镜16降低散射光成分，便于更清晰地观测样品10的形貌和运动轨迹。

本实施例中进行全光输运的微纳颗粒为聚苯乙烯微米小球(PS：PolystyreneMicro-Spheres)，PS小球的半径为3.5μm，密度为1.05g/cm3。原PS颗粒溶液的浓度为250mg/10mL，溶剂为去离子水，实验前取少量原溶液于小锥形试管中，再滴入去离子水进行稀释，稀释后的浓度为0.5mg/900μL。放置样品10时，先将石英玻片11清洗干净，后再将石英玻片11放置在干净的装有去离子水的培养皿9中，让水面刚好覆盖石英玻片11的上表面，然后在石英玻片11上滴入少量配制好的PS溶液。由于PS颗粒的密度比水大，所以颗粒会下沉到玻片上，样品10会保持在石英玻片11表面移动，这样可以确保水平移动样品10不会改变显微镜的焦平面，同时可以减少水对椭圆形光束的影响。

本实施例中所用微纳颗粒为半径3.5μm的聚苯乙烯颗粒，由于颗粒半径远大于激光器1波长，所以本发明利用光线理论及几何光学模型来分析光输运带中颗粒受到的光力。单一光束照射到介质球上，分析球面对单一光线的反射和折射，忽略颗粒对光的吸收作用，计算出单一光线对微球产生的光力。光线入射角为θ1，根据界面反射定律和折射定律，在已知入射角、环境介质的折射率和微球的折射率情况下，可以算出折射角θ2，从第二次折射出球外的光线开始，后一次球体折射出的光线都和前一次折射出的光线的夹角都为β，方向为顺时针方向，假设第一次折射出的光纤和入射光线的夹角记为α，由于球内不同位置的反射光线的光动量相互抵消，所以只需要考虑第一次的反射光线和小球内折射到外介质的光线对微球的作用，只需要确定每一条入射光线的入射角，通过对所有光线进行积分就可以计算出整束光对物体产生的光力，光力大小在pN量级。

为了验证本发明的可行性，发明人进行了相关实验验证：

制作好微纳颗粒样品10后，调节激光器1的输出光功率为380mW，调整入射反射镜8的倾斜度以调节光束照射到PS颗粒的入射角度，本实施例中入射角θ与水平面成30°。如图4所示，演示了在全光输运带6个不同位置上的颗粒的运动轨迹，图中黑色小球代表颗粒的运动轨迹，每两个黑色小球的时间间隔为2s，可以看出初始位置不同的颗粒随着时间的推移均会被输运到光斑的另一端。当颗粒在光斑长轴上时，如图3中a和b的位置，颗粒将直接沿着长轴方向输运到光斑另一端；当颗粒在光斑边缘时，如图3中c、d、e、f四个位置，由于在光斑短轴方向上颗粒受到强梯度力，所以颗粒沿长轴输运的同时慢慢靠近长轴中心位置，此后再沿着长轴输运到光斑另一端；位置a和f的输运距离比其他四个位置更长，所以输运时间更长。对比不同位置颗粒输运终点，6个不同位置上颗粒的输运终点均在光斑另一端10μm的范围内，可以精确控制颗粒的输运起点和输运终点。

激光器1的输出功率越大则颗粒所受光力越大，可以通过改变激光器1的光功率改变照射颗粒的光密度(光斑面积保持不变)，进一步改变颗粒在光传输带中受到光力的大小，最后达到控制颗粒的输运速度的目的。由于实验中使用的可见光光功率计的量程较小，所以使用了衰减系数为100倍的532nm衰减片将激光进行衰减后再测量，因此本实施例中实际作用在样品10上的功率范围为0～800mW。具体的，本实施例分别测量入射光功率在221.7mW、378.9mW、484.1mW、702.5mW和769.4mW五个光功率下的颗粒输运速度的特性，如图5所示，右侧黑色小球表示颗粒起始位置(Initial Position)，左侧黑色小球表示颗粒输运的终点位置(Final Position)，中间的黑色小球代表颗粒的每隔1s的运动轨迹，光束在水平方向上的入射方向从右到左，入射角度θ仍为30°，光斑长轴方向与水平面x轴夹角为0°。可以看出不同光功率的输运带输运颗粒的距离不完全相同，误差在20μm内，且从颗粒的运动轨迹中可以看出，随着入射光光功率的增大，相同时间内颗粒在光斑上移动的间距越大，也就是颗粒在光斑中间的速度越大。通过测量颗粒单位时间通过的距离可得到颗粒速度随位置变化的大小。当光功率为221.7mW时，颗粒的最大速度为32.3μm/s，颗粒的输运时间约为35s；当光功率为769.4mW时，颗粒的最大速度为163.2μm/s，颗粒的输运时间约为10s。提取不同光功率情况下颗粒的最大速度，拟合出颗粒最大速度和入射光功率成线性关系，线性度为98.5％，并且可从该线性关系中推算出传输带传输颗粒的光功率阈值约为100mW。

圆形柱透镜4可以改变椭圆形光斑的长轴方向，因此通过旋转圆形柱透镜4改变聚焦平面上椭圆形光斑的长轴方向即可达到控制全光输运带输运方向的功能。本实施例固定入射光功率为484.1mW，然后分别测量了输运带长轴与x轴夹角为18°、32°、45°、60°、75°和90°的六种情况下颗粒的输运特性，如图6所示，图中黑色小球为每隔1s提取颗粒的运动轨迹，箭头指向颗粒的运动方向，不同方向下的光斑长轴大小也不一样，这是由于在不同长轴方向情况下，凸透镜会影响聚焦椭圆形光束在焦平面上光斑的长轴大小。从图中可以看出除夹角为90°的情况外，颗粒均是沿着光斑长轴运动的，当夹角为90°时，因为光束入射方向上的散射力在长轴方向上没有力分量，所以颗粒只会被光束梯度力局限在长轴上，不会沿着长轴方向运动，而且靠近光斑边缘的颗粒会在短轴方向梯度力的作用下移动到光斑长轴中心。此外，从图中还可以看出不同方向颗粒的运动速度也不一样，夹角越大，颗粒的运动轨迹越密集，即相同时间内运动距离越短，运动速度越慢。该发明可以实现颗粒在0°-±90°上任意方向上的输运。

有两种方法实现输运距离的控制：第一是控制全光输运带的工作时间，通过控制激光器11的光照时间实现；第二是通过改变输运带的长轴大小来控制颗粒度的输运距离；实际上这两种方法都是通过控制输运带上颗粒的光照来调控输运距离。本实施例中入射光功率为484.1mW，入射角度为30°，光斑长轴方向与水平面x轴夹角为0°，控制光照时间来控制颗粒输运距离。如图7所示，图中黑色小球为颗粒运动轨迹，在光照时间分别为4s、5s、6s和28s时，颗粒的输运距离分别为62μm、134μm、173μm和242μm。当激光器11突然关闭时，颗粒是立刻停止的，速度也是接近为0，因为颗粒在水中的惯性很小，因此可以通过控制光照时间来实现颗粒输运至光斑上任意位置。

实施例2

本实施例提供的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，包括激光器、光学***及样品台，微纳颗粒位于样品台上，所述激光器产生的激光经光学***照射在样品台上以输运微纳颗粒；所述光学***包括圆形柱透镜、扩散准直透镜组、聚焦透镜、入射反射镜；所述圆形柱透镜用于将激光束整形为椭圆形高斯光束，所述扩散准直透镜组用于将椭圆形高斯光束扩大并准直，所述聚焦透镜将光束聚焦到微米级别，所述入射反射镜用于改变光束方向，使其以一倾斜角入射到样品台上形成全光输运带。

进一步的，所述扩散准直透镜组包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜在光学路线上更靠近激光器，第二凸透镜的焦距为第一凸透镜的3倍。具体的，所述第一凸透镜的焦距为8cm。

进一步的，所述第一凸透镜将椭圆高斯形光束聚焦到第二凸透镜的焦点处。

进一步的，所述聚焦透镜为第三凸透镜，所述第三凸透镜聚焦后的光束经所述入射反射镜反射到样品台上的微纳颗粒上。

进一步的，所述圆形柱透镜焦距为25cm。

进一步的，所述激光器波长580nm，输出光功率为2W。

进一步的，所述激光器输出光光斑直径为1～3mm。

进一步的，样品受光束照射的入射角度为60°。

进一步的，所述全光输运带为椭圆形，椭圆形长轴为300μm，短轴为20μm，束腰为60×5μm。

进一步的，所述样品台包括培养皿、石英玻片及样品，微纳颗粒样品位于石英玻片上，石英玻片放置在培养皿中。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，包括激光器、光学***及样品台，微纳颗粒位于样品台上，所述激光器产生的激光经光学***照射在样品台上以输运微纳颗粒；所述光学***包括圆形柱透镜、扩散准直透镜组、聚焦透镜、入射反射镜；

所述圆形柱透镜用于将激光束整形为椭圆形高斯光束，所述扩散准直透镜组用于将椭圆形高斯光束扩大并准直，所述聚焦透镜将光束聚焦到微米级别，所述入射反射镜用于改变光束方向，使其以一倾斜角入射到样品台上形成全光输运带，通过散射力实现微纳颗粒的全光输运。

2.根据权利要求1所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，所述聚焦透镜为第三凸透镜，所述第三凸透镜聚焦后的光束经所述入射反射镜反射到样品台上的微纳颗粒上。

3.根据权利要求1所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，所述扩散准直透镜组包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜在光学路线上更靠近激光器，第二凸透镜的焦距大于第一凸透镜。

4.根据权利要求3所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，所述第一凸透镜将椭圆形高斯光束聚焦到第二凸透镜的焦点处。

5.根据权利要求1所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，所述圆形柱透镜焦距为10～30cm。

6.根据权利要求1所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，所述激光器波长为480～580nm，输出光功率为0～2.3W。

7.根据权利要求1所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，所述激光器输出光光斑直径为1～3mm。

8.根据权利要求1所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，微纳颗粒受光束照射的入射角度为30～60°。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***，其特征在于，所述全光输运带为椭圆形，椭圆形长轴为250～300μm，短轴为16～20μm，束腰为(40～70)×(3～5.5)μm。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种用于微纳颗粒的可调控全光输运带***的调控方法，其特征在于，所述激光器产生的激光光束经圆形柱透镜形成椭圆形高斯光束，再由所述扩散准直透镜组扩大并准直，随后由所述聚焦透镜将光束再次聚焦，经入射反射镜将光束以一倾斜角入射到样品台上形成微米级的全光输运带，样品台上的微纳颗粒在全光输运带的散射作用下移动；

通过旋转所述圆形柱透镜来改变全光输运带的输运起始点和输运方向，通过改变激光器的入射光功率来改变全光输运带的输运速度，通过改变激光器的开启时间来改变全光输运带的输运距离。

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