[发明专利]基于线阵光镊的微小颗粒筛选分离装置

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种微小颗粒筛选分离装置，特别是一种基于线阵光镊的微小颗粒筛选分离装置，主要用于生物分子、生物细胞、病毒、纳米团簇、胶体颗粒、介质颗粒等微小颗粒的筛选分离。

技术背景

在环境分析、生命科学、医学医疗、国防安全、先进制造等许多领域存在大量的微小颗粒筛选分离需求，并且对检测灵敏度的要求越来越高。传统的物理分离系统已经不能满足时日增长的微小颗粒筛选分离需求，特别是对于有生命的活体颗粒分离，更是存在对活体颗粒影响大、易于破坏等不足。随着人们对激光的深入研究，正确地认识了激光光束的光学角动量和光学梯度力性质，研究了光场与光场中微小颗粒的相互作用，成功地研究开发了利用激光操纵控制微小颗粒的系统和装置，通常称光学操纵控制微小颗粒的系统为光镊技术。基于光镊原理的微小颗粒筛选分离系统由于具有可连续进行筛选分离、对活体微小颗粒物损害、结构简单、筛选分离效率高、应用广泛等优点，备受关注，成为微小颗粒筛选分离技术重要发展趋势之一。现有技术中，有一种微小颗粒光学筛选分离系统(参见美国专利“Optical fractionation method and apparatus”，专利号：US7,233,423，B2)。该微小颗粒筛选分离系统尽管具有相当的优点，但是，仍然存在一些不足：1)在先技术中的一种微小颗粒光学筛选分离系统是利用光镊阵列，光镊阵列采用全息光镊系统产生，所以，用于筛选分离的微小颗粒光场分布复杂，需要两维排布，并且，两维阵列光场产生所需光学系统具有一定复杂程度；2)微小颗粒筛选分离采用整体结构中入出口为两个，并且均与所需被分离颗粒混合物的通道流经方向呈一定夹角，流入分离区颗粒初始速度矢量不同会影响微小颗粒筛选分离效率，并且，系统中分离筛选种类和精度受到限制；3)微小颗粒被光学筛选分离过程中，颗粒运动是从一个光镊位置到另一个光镊位置，但是每次在光镊间运动时，均需要克服光镊间的光学势垒，从而影响微小颗粒筛选分离效率。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于线阵光镊的微小颗粒筛选分离装置，具有线阵光场可控性好、多通道分离、微小颗粒筛选分离效率高、整体结构简单等特点。

本发明的基本构思是：利用光学干涉条文的光梯度力分布形成线阵光镊，线阵光镊的方向和移动特定可以通过调节干涉光路中的反射镜倾角和位移实现。含有所需筛选分离的微小颗粒的混合流体经过筛选分离池的入口，进入线阵光镊区域，同时受流动推力和线阵光镊对微小颗粒施加的光梯度力作用。由于线阵光镊与微小颗粒流动方向存在夹角，微小颗粒流经光场过程中，运行轨迹发生偏离。不同性质的微小颗粒受到的光梯度力不同，会通过筛选分离池侧壁不同位置上的出孔分离流出，实现筛选分离。

本发明的技术解决方案为：包括相干光源、同侧反射镜、分光镜、异侧反射镜、聚焦镜和筛选分离池。分光镜设置在相干光源的出射光束光路上；同侧反射镜设置在分光镜的反射光路上，其反射面与分光镜的反射光路垂直；异侧反射镜设置在分光镜的透射光路上，其反射面与分光镜的透射光路垂直；聚焦镜设置在同侧反射镜的反射光路上，同侧反射镜和聚焦镜设置在分光镜的两侧。聚焦镜的焦平面处设置有筛选分离池。

所述的筛选分离池包括筛选分离腔，筛选分离腔的前端设置有流体入口、后端设置有流体出口，筛选分离腔的侧边靠近流体出口的位置设置有颗粒分离出口。

筛选分离腔设置在聚焦镜干涉条纹阵列区域，流体入口、流体出口与筛选分离腔同轴，颗粒分离出口设置在筛选分离腔体侧壁上，光学干涉条纹与筛选分离腔轴向之间存在夹角。

所述的相干光源为气体激光器、固体激光器、半导体激光器、染料激光器、自由电子激光器的一种。

所述的聚焦镜为普通聚焦透镜、消色差物镜、复消色差物镜、平场消色差物镜、平场复消色差物镜的一种。