專利名稱：帶電粒子操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶電粒子的操作，尤其涉及操作至少一個帶電粒子的相空間的方法和裝置。
帶電粒子的捕獲具有廣泛的潛在應(yīng)用范圍，包括頻率標(biāo)準(zhǔn)、量子計算、量子加密和材料處理/制造。
但是，需要這些應(yīng)用易于實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種操作至少一個帶電粒子的相空間的方法，其中施加到電極上的交流和直流電壓的組合形成提供相空間操作區(qū)的電位，并且其中至少一個帶電粒子位于電極表面的一側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供操作至少一個帶電粒子的相空間的裝置，包括布置在表面上、并連接到能夠施加交流電壓和直流電壓的電源的至少一個電極，從而形成為電極表面的一側(cè)提供相空間操作區(qū)的電位。
優(yōu)選地，該裝置還包括壓力控制裝置，以控制電極周圍的空間的壓力。
優(yōu)選地，該壓力控制裝置包括可密封的腔以及能夠?qū)怏w引入和抽出該腔的氣泵裝置。
優(yōu)選地，該電源是可操作的，以改變所施加的交流和直流電壓。
優(yōu)選地，該電源是可操作的，以單獨(dú)改變交流電壓幅度、波形和頻率，以及改變直流電壓的大小。
優(yōu)選地，該電位是有效電位。優(yōu)選地，相空間操作區(qū)包括粒子捕獲區(qū)，其中在特殊空間區(qū)域中約束粒子。
優(yōu)選地，相空間操作區(qū)包括粒子引導(dǎo)區(qū)，其中粒子的運(yùn)動由至少一個自由度限制。
優(yōu)選地，設(shè)置多個電極。
優(yōu)選地，電極以陣列的形式排列，從而至少一個粒子位于該陣列的一側(cè)。
優(yōu)選地，該陣列基本上是平面的。
或者，該陣列是半球形的。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，設(shè)置單個電極，并且該單個電極被保持在恒定電位的平面圍繞。
優(yōu)選地，該電極是環(huán)形的。
優(yōu)選地，該平面接地。
優(yōu)選地，施加到該環(huán)形電極的交流電壓的頻率為具有這樣一個周期的頻率，該周期小于光通過環(huán)形電極的直徑花費(fèi)的時間。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，可以改變施加到平面陣列中相鄰的第一和第二組電極的電壓，從而至少一個粒子可以從由第一組電極提供的粒子捕獲區(qū)移動到由第二組電極提供的粒子捕獲區(qū)。
每一組電極可以由一個電極或多個電極構(gòu)成。
優(yōu)選地，至少一個粒子從由第一組電極提供的第一捕獲區(qū)移動到由第二組電極提供的第二捕獲區(qū)，其中施加到電極組的電壓從初始的配置變化為中間的配置，然后變化到最終的配置，并且其中；在初始配置中，第一組電極偏置到保持電壓，以形成第一粒子捕獲區(qū)，其中至少捕獲一個粒子，并且相鄰的第二組電極偏置到零伏；在中間配置中，這兩組電極都偏置到保持電壓，以形成捕獲至少一個粒子的合并粒子捕獲區(qū)；在最終配置中，第一組電極偏置到零伏，而第二組電極偏置到保持電壓，以形成第二粒子捕獲區(qū)，其捕獲至少一個粒子。
優(yōu)選地，將至少一個粒子從由第一組電極提供的第一捕獲區(qū)移動到由第二組電極提供的第二捕獲區(qū)的過程是可重復(fù)的，以沿著該平面陣列上所選定的路徑來移動至少一個粒子。
可以使用印制電路板、平版印刷或聚焦離子束技術(shù)來形成該平面陣列。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，設(shè)置一系列電極，施加到所述一系列電極上的電壓是可控制的，從而至少一個粒子可以從第一粒子捕獲區(qū)移動到第二粒子捕獲區(qū)，其中第一捕獲區(qū)大于第二捕獲區(qū)。
優(yōu)選地，施加到所述電極上的電壓是可控制的，從而至少一個粒子可以在多個依次更小的捕獲區(qū)之間移動。
優(yōu)選地，所述一系列電極包括多個同心排列的環(huán)形電極。
優(yōu)選地，在初始狀態(tài)中，每一個電極具有所施加的交流和直流電壓的一種組合，從而在第一捕獲區(qū)中捕獲至少一個粒子；改變施加到外部電極的電壓，從而在中間狀態(tài)中，在由剩余的內(nèi)部電極提供的第一中間捕獲區(qū)中捕獲至少一個粒子；以及改變施加到與所述外部電極相鄰的電極上的電壓，從而在最終狀態(tài)中，在由最里面的電極提供的第二捕獲區(qū)中捕獲至少一個粒子。
優(yōu)選地，在從初始到中間以及中間到最終狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中，所述外部電極以及相鄰的電極分別設(shè)置為零伏。
優(yōu)選地，多個電極各自提供更進(jìn)一步的中間捕獲區(qū)，從而在初始狀態(tài)與最終狀態(tài)之間，所述至少一個粒子經(jīng)過多個中間狀態(tài)，被捕獲在依次更小的中間捕獲區(qū)。
優(yōu)選地，在初始狀態(tài)中，最外面的電極具有所施加的交流和直流電壓的第一組合，并且將背景電壓施加到其余的電極，從而在初始狀態(tài)中，在第一捕獲區(qū)中捕獲至少一個粒子；與所述外部電極相鄰的電極設(shè)置為電壓的第一組合，并且將所述背景電壓施加到所述外部電極，從而在中間狀態(tài)中，在第一中間捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子；以及最里面的電極設(shè)置為電壓的第一組合，并且將所述背景電壓施加到相鄰的電極上，從而在最終狀態(tài)中，在第二捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子。
優(yōu)選地，所述背景電壓為零伏。
優(yōu)選地，設(shè)置多個電極，從而在初始狀態(tài)與最終狀態(tài)之間，所述至少一個粒子經(jīng)過多個中間狀態(tài)，被捕獲在依次更小的中間捕獲區(qū)。
優(yōu)選地，所述最里面的電極具有縫隙；并且當(dāng)所述至少一個粒子處于最終狀態(tài)時，向該縫隙施加電壓，從而促使所述至少一個粒子穿過該縫隙。
優(yōu)選地，該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而穿過該縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的粒子。
根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，施加到電極上的電壓是可以將一種類型的帶電粒子與另一種區(qū)別開的這樣一種電壓。
優(yōu)選地，在從電極表面開始的不同垂直距離處捕獲不同類型的帶電粒子。
優(yōu)選地，所述距離取決于帶電粒子的電荷和/或質(zhì)量。
優(yōu)選地，在從該電極開始的第一垂直距離處捕獲第一類型的帶電粒子，并且在從該電極開始的第二垂直距離處捕獲第二類型的帶電粒子，其中第一帶電粒子的質(zhì)量大于第二帶電粒子的質(zhì)量，并且第二垂直距離大于第一垂直距離。
優(yōu)選地，在第二垂直距離處捕獲的至少一個粒子受到一個電位的支配，該電位由施加到第二組電極的電壓序列形成。
優(yōu)選地，施加到第二組電極的電壓序列是使得將所述至少一個粒子從一個捕獲區(qū)沿預(yù)定路徑傳送到另一個捕獲區(qū)的這樣一種電壓序列。
優(yōu)選地，第二組電極的尺寸比捕獲電極的尺寸規(guī)模更大。
優(yōu)選地，在電極上設(shè)置縫隙，從而最接近該電極表面的類型的粒子可以穿過該縫隙。
優(yōu)選地，該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而穿過縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的粒子。
根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例，可以改變施加到電極上的電壓，從而捕獲的粒子沿垂直于電極平面的方向移動。
優(yōu)選地，至少一個捕獲的粒子可以降低到將與至少一個其它粒子相互作用的區(qū)域；以及然后，由相互作用產(chǎn)生的粒子可以與沒有相互作用的粒子一起再次升起。
優(yōu)選地，該電極形成有縫隙，并且可以改變所加電壓，以使粒子接近該縫隙；以及向該縫隙施加電壓，從而促使粒子穿過該縫隙。
優(yōu)選地，縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而穿過縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過縫隙的粒子。
根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例，設(shè)置電極陣列，施加到所述電極陣列的電壓捕獲可以和第二類型的粒子相互作用的第一類型的粒子，以形成下降到陷阱底部的反應(yīng)物粒子，并且穿過抽出孔被帶走。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供了實(shí)施第六實(shí)施例的方法的裝置，包括布置在表面上的電極陣列，該電極陣列的至少一個連接到能夠施加交流電壓和直流電壓的至少一個電源，其中相空間操作區(qū)設(shè)置到電極表面的一側(cè)。
優(yōu)選地，該電極陣列還包括至少一個縫隙，用于捕獲粒子的抽出。
優(yōu)選地，每個電極包括一個縫隙。
優(yōu)選地，通過一個電位來加速反應(yīng)物粒子，并檢測該反應(yīng)物粒子，從而可以檢測原始的第一類型粒子的位置。
現(xiàn)在參考附圖僅僅通過例子的方式來介紹本發(fā)明，其中

圖1圖示了由根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電極形成的適于捕獲帶電粒子的電位等高線；圖2圖示了本發(fā)明的第三實(shí)施例；
圖3圖示了不會捕獲粒子的電位等高線；圖4圖示了本發(fā)明的第四實(shí)施例；圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的全部實(shí)施例所用的裝置；以及圖6圖示了本發(fā)明的第六實(shí)施例。
在絕熱近似中，質(zhì)量m和電荷q的粒子受到施加到一系列電極上的一組DC和迅速變化的AC電壓(角頻率Ω)的影響而移動，好象是受到AC項(xiàng)與DC項(xiàng)的線性組合的有效電位V**的影響一樣，并且該有效電位V*采取以下形式V*(R0‾)=q2E02/4mΩ2+qΦs---(1)]]>其中E0是由AC電壓引起的E場，Φs是由DC電壓引起的靜電位，而 是在AC電壓的幾個周期上求平均值得到的離子位置。
相對于電極，AC部分總是排斥的，而DC部分可以是吸引的，或者是排斥的。
因?yàn)閱为?dú)的DC系統(tǒng)的電位至少在一個方向上具有負(fù)曲率，所以不能捕獲離子。但是，AC和DC電壓的組合產(chǎn)生在某些位置沿各個方向都具有正曲率的有效電位，從而可以捕獲帶電粒子。
上述公式(1)可以改寫為V*(R0‾)=qVdc(kE02+Φs)---(2)]]>其中通過將電位單位轉(zhuǎn)換為電子伏特，并且通過考慮單個的帶電離子已經(jīng)去掉了一個因子q(雖然這里介紹的系統(tǒng)不受該限制的影響)。k的值為k＝qγ2/4mΩ2(3)其中γ是與所施加的DC電壓相比，施加到電極系統(tǒng)的AC電壓的比例參數(shù)，由γ＝Vac/(Vdcl)明確地定義，其中Vac和Vdc是施加到所述電極上的實(shí)際電壓，而1給出與整個設(shè)計相關(guān)的長度大小。
由此變量k作為可以說明電位的縮放比例的參數(shù)。對于特定的捕獲粒子，γ或Ω可以變化。變量q和m對于捕獲的粒子來說是特定的。
因此，與已知的粒子捕獲或引導(dǎo)技術(shù)相比，本發(fā)明提供了粒子捕獲或引導(dǎo)，其中捕獲電極不必圍繞粒子。所述電極可以以任何合適的形式排列。一個選擇是它們位于一個平面中。其它選擇也是可能的；特別是，所述電極可以在基本上是平面的陣列中，但是其中某些電極處于相對抬高或下降的位置。例如，所述電極也可以以半球形、橢圓形或拋物面(parabaloid)的形狀排列。
在第一實(shí)施例中，提供點(diǎn)捕集器(spot trap)。單個電極被大的地平面圍繞。通過適當(dāng)縮放k值可以容易地調(diào)整該系統(tǒng)。
假設(shè)以足夠低的頻率施加AC電壓，以保證光可以在比一個周期小得多的時間內(nèi)穿過該系統(tǒng)，由AC電壓引起的電位只不過是由隨時間調(diào)制的DC電壓引起的。
圖1是環(huán)形電極的特定捕獲結(jié)構(gòu)的電位等高線圖。在該系統(tǒng)中，選擇10μm半徑點(diǎn)，并且相對于地平面向它施加-1V的DC電壓。比例參數(shù)k的值選定為100。
橫坐標(biāo)是從該電極平面開始的垂直距離，而縱坐標(biāo)是從對稱軸開始的徑向距離，單位都是μm。最小的有效電位(位于大約r＝0μm，z＝11μm處)相對于周圍的地平面具有-0.186V的值。以0.01V為間隔，為-0.18到-0.11V示出了等高線。
因?yàn)樯婕暗南到y(tǒng)關(guān)于穿過環(huán)形電極的中心并垂直于該平面的軸圓柱對稱，所以足以表明所得到的有效電位具有在經(jīng)過該對稱軸的一個平面中捕獲粒子所要求的形式，以證明該系統(tǒng)是一個離子捕集器。因此，可以看到，這是一個捕獲結(jié)構(gòu)。
數(shù)值試驗(yàn)顯示對于k的值大于大約80的范圍，該系統(tǒng)捕獲離子。
通過改變k的值可以改變捕獲中心離該表面的距離和在捕集器底部的曲率。特別是，隨著k值的增加，將在離電極平面更遠(yuǎn)的點(diǎn)捕獲給定質(zhì)量的粒子。由于k取決于粒子的質(zhì)量，所以對于給定的k值，質(zhì)量更大的粒子將更接近電極平面。此外，隨著k增加，電位阱底部的曲率改變，產(chǎn)生更大尺寸和不同形狀的捕獲區(qū)。注意，捕獲區(qū)的這種改變與由下面公開的漏斗技術(shù)(funnelling techniques)產(chǎn)生的捕獲區(qū)的改變不同，其中捕獲區(qū)的形狀保持不變。
假設(shè)絕熱性參數(shù)足夠小，則在捕獲區(qū)中離子將保持被捕獲的狀態(tài)。
由下式給出η=2q|▿E0|mΩ2---(4)]]>實(shí)驗(yàn)顯示，為了穩(wěn)定的捕獲，該參數(shù)必須具有小于0.3的值。測試顯示該參數(shù)將具有接近最小有效電位的大約0.05的值，因此預(yù)計捕獲是穩(wěn)定的。可以進(jìn)行更進(jìn)一步的數(shù)值測試，以驗(yàn)證該推斷并確定出現(xiàn)穩(wěn)定捕獲要越過的量。
該原理不局限于簡單的環(huán)形捕獲電極。例如，可以制造電極矩陣。然后可以選擇施加到各個電極上的電壓，以多種方式操作粒子，其中一些在下面進(jìn)行說明。
例如，在第二實(shí)施例中，例如可以選擇施加到陣列中的各個電極上的電壓，從而位于給定區(qū)域內(nèi)部的所有電極用適合的DC電壓和AC電壓偏置，而其余電極偏置到零伏。逐漸改變偏置的電極所在區(qū)域的位置(即，以系統(tǒng)的方式依次將電極從被偏置變?yōu)榻拥夭⑶曳粗嗳?對應(yīng)于在該表面上移動捕獲位置，有效地產(chǎn)生粒子傳送帶。在第三實(shí)施例中，所述電極可以作為漏斗，改變電壓以便使捕獲的粒子從寬的區(qū)域集中到中心區(qū)域。
圖2示出了可以作為漏斗的電極結(jié)構(gòu)的例子。設(shè)置一系列同心電極10，最初全部的電極施加有相同的AC和DC電壓。它們被一個大的地平面12圍繞。由此，在初始狀態(tài)中，該系統(tǒng)看起來像點(diǎn)捕集器，直徑等于D1，并且k設(shè)置為特定值。經(jīng)過一段時間之后，在該結(jié)構(gòu)中，外部電極設(shè)置為0V(使它看起來像是地平面的一部分)，同時，改變施加到其它電極的波形，以保持k為相同的預(yù)定值(注意，l已經(jīng)改變，因?yàn)辄c(diǎn)的直徑等于D2)。然后，存在第一中間狀態(tài)，其中目前有效電位具有相同的形式，但是與初始狀態(tài)中的電位相比稍微縮小。其后，電極從外側(cè)向內(nèi)側(cè)相繼接地，總是保持k不變，直到到達(dá)最終狀態(tài)，在所述最終狀態(tài)中粒子被中心電極捕獲。
使粒子匯集的一種替代方式可以是提供相同的電極結(jié)構(gòu)，但是最初僅對外面的很少的環(huán)施加電壓，而內(nèi)部的環(huán)接地。然后，依次從外部開始移動，每個電極設(shè)置為零，同時更里面的一個施加有電壓。由此，粒子再次集中到中心區(qū)域。
最里面的電極可以設(shè)置有縫隙，該縫隙作為抽出孔。如以上所示，對于較小的k值，在更接近電極表面的位置捕獲粒子。隨著k進(jìn)一步減小，該電位停止作為捕獲電位。在k的某一特定值，(對于上述的特定點(diǎn)捕集器發(fā)現(xiàn)為77.7)，捕集器“損壞″并且捕獲的粒子可以逃逸。圖3說明了在這一點(diǎn)的電位等高線。在該縫隙的另一側(cè)上可任選地設(shè)置偏置的抽出電極。
當(dāng)該系統(tǒng)和緩沖氣體一起使用時，可以對抽出區(qū)域的兩側(cè)有差別地抽氣，從而流過該縫隙的緩沖氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻穿過該縫隙的粒子束。
在第四實(shí)施例中，可以組合上述點(diǎn)捕集器和傳送帶結(jié)構(gòu)，以提供粒子的操作，其中可以使不同質(zhì)量或電荷的粒子分開，并且對它們進(jìn)行不同地處理。
比例參數(shù)k與捕獲粒子的質(zhì)量成反比，從而越重的粒子在越接近電極的表面處被捕獲。圖4示出了設(shè)置一系列傳送電極14，形成傳送帶16的結(jié)構(gòu)，向該結(jié)構(gòu)施加的電壓允許傳送帶16將粒子從一個捕獲區(qū)傳送到另一個捕獲區(qū)。點(diǎn)捕集器電極結(jié)構(gòu)18位于傳送帶16的中間。
傳送電極14與點(diǎn)捕集器電極18的相對長度大小為傳送電極14遠(yuǎn)大于點(diǎn)捕集器電極18。當(dāng)相對較輕的粒子被點(diǎn)捕集器18捕獲時，由于e場和電位的局部特性，它在受傳送帶16的電位的影響比點(diǎn)捕集器18的影響更大的這樣一個高度被捕獲。
因此，可以想象到一種系統(tǒng)，其中(可能在某些相互作用之后)根據(jù)它們的質(zhì)量，粒子將自己布置在離表面不同的距離處。然后較輕的粒子將上升并被傳送帶帶走，而較重的粒子保持在捕獲區(qū)中。
在這種過程之后，使用上述方法，可以使剩余的較重的粒子穿過抽出孔。
或者，可能對粒子質(zhì)量增加的過程感興趣。在這種情況下，最初可以對該捕集器進(jìn)行編程，以保持相互作用前后的兩種質(zhì)量。然后，可以對其進(jìn)行周期性地編程，以具有較低的k值，如此較輕的(未改變的)粒子上升，被傳送到保持區(qū)。然后，該捕集器可以成為傳送帶的一部分，垂直于移動較輕的粒子的方向。然后，將運(yùn)走較重的(改變的)粒子，用于進(jìn)一步處理，之后較輕的粒子可以返回到(可能具有其它添加物)相互作用區(qū)。
在第五實(shí)施例中，其中在某一高度捕獲粒子，可以減小比例參數(shù)k的值，從而朝著電極表面降低粒子，以與那里淀積的其它粒子相互作用。然后，可以再次增加k值，從而可以升起生成的粒子和任何未改變的粒子。
在以上所有實(shí)施例中，可以使用印制電路板技術(shù)來構(gòu)造電極陣列。相鄰電極的接近度受到串?dāng)_效應(yīng)的限制，但是相互作用的特性應(yīng)該是可以構(gòu)成有用的器件，來用于各種粒子，例如，離子或電子的輸送。
實(shí)際上，存在許多技術(shù)用于形成這種陣列，例如聚焦離子束或平版印刷技術(shù)。構(gòu)造方法的選擇將取決于要構(gòu)造的特殊陣列的長度大小和應(yīng)用。
以上概念具有廣泛的潛在應(yīng)用。特別是，以上技術(shù)可用來允許用于頻率標(biāo)準(zhǔn)、量子計算、量子加密和材料分析的當(dāng)前技術(shù)的小型化和并行化。
此外，所述技術(shù)直接適用于操作離子的裝置的制造，供高端生物分子實(shí)驗(yàn)里使用。
應(yīng)當(dāng)理解，連接到合適的電源的裝置的電極通常容納在可密封的腔中，并且提供氣泵以引入和抽出氣體，以便改變壓力并且控制在腔中提供的真空的質(zhì)量。
圖5示出了使用本發(fā)明的技術(shù)的裝置，特別打算用于生物分子離子。
離子20被引入腔24中?？蛇x的門電極22用來控制離子20的引入。離子20用來接種(seed)捕獲電極26的陣列。
泵和進(jìn)氣閥(未示出)控制背景緩沖氣體的引入和抽出，以控制由腔24提供的真空。
如上所述，可以改變施加到陣列26上的電壓，以操作離子20。在任何時候，可以關(guān)掉捕獲電壓，并且可以將抽出電壓施加到抽出板28，以加速離子20穿過飛行管道30飛向位置-靈敏檢測器32。雖然離子20在飛行管道30中可能經(jīng)歷幾次碰撞，但是這些碰撞將是短暫的，并且是與輕得多的緩沖氣體伙伴發(fā)生的。因此，這些碰撞將不會破壞位置或飛行時間信息。
飛行時間將用來從背景離子中區(qū)分真正捕獲或引導(dǎo)的離子20，如此在位置靈敏檢測器32上的時間門控(time-gated)圖像對應(yīng)于剛好在施加抽出電壓之前離子20位置的快照。
應(yīng)當(dāng)理解，捕獲的離子具有熱能分布，意思是它們將有有限的機(jī)會逃逸，差不多就像水分子有從沸點(diǎn)以下的液體蒸發(fā)的機(jī)會。當(dāng)這種捕獲的粒子逃逸時，它穿過該縫隙。但是，由于改變電壓，這將稍微在通常預(yù)期的特定粒子的傳送時間之前發(fā)生。當(dāng)粒子可能在這些傳送時間外逃逸時的時間將取決于所施加電壓的幅度、波形以及頻率的值和變化率。由此，可以通過把穿過縫隙的時間與在那時捕獲的狀態(tài)相聯(lián)系來確定粒子的質(zhì)量。
可以探測各種緩沖氣體碰撞狀況，特別是高碰撞頻率限制(可用于材料處理和與生物分子起作用)以及無碰撞限制(可用于量子計算和加密)。在高頻限制中，離子通過與背景氣體以及彼此的碰撞迅速熱化。該背景可以是稀有氣體緩沖物，從而不會發(fā)生不必要的化學(xué)反應(yīng)，或者，例如，它可以是水，以研究生物分子的水合作用。當(dāng)與每個自由度有關(guān)的特征能量為大約3meV時，稀有氣體緩沖物可以容易地被冷卻到液體N2溫度，從而捕獲的離子位于被視為圖1的最里邊的等高線的捕獲區(qū)內(nèi)。
在無碰撞限制中的動力學(xué)的細(xì)節(jié)更加難以計算，雖然這可以使用某種計算機(jī)模擬技術(shù)來完成。
對于給定的電壓結(jié)構(gòu)，可以通過耦合的諧波運(yùn)動的疊加來近似單個離子的運(yùn)動。
使用本發(fā)明的原理可以構(gòu)成的另一個裝置是單個可重構(gòu)的捕集器。這可以是幾厘米寬，并且環(huán)形電極集中在由小縫隙構(gòu)成的抽出區(qū)域，同時捕獲系統(tǒng)在一側(cè)，而偏置的抽出電極在另一側(cè)。對于這種捕集器，有效電位采取圖1所示的形式。選擇有效電位等高線，從而與最小值相比，最里面的等高線對應(yīng)于室溫。
捕集器將逐漸重構(gòu)，從而長度比逐漸從大約3cm減少到50μm，這樣在該電位中捕獲的全部離子聚集為逐漸變小的體積，類似于放氣的氣球。
然后改變捕獲特性，從而離子自由地向抽出區(qū)域移動，集中在原點(diǎn)。當(dāng)捕獲的離子將穿過抽出區(qū)域逃逸時，該電位將采取圖3所示的形式(注意在z軸的變化)。抽出區(qū)域的兩側(cè)可以有差別地打氣，從而流過該縫隙的緩沖氣體將經(jīng)歷超音速膨脹，對生物分子離子束給與更進(jìn)一步的冷卻。
所得到的冷的生物分子離子的脈沖源對于研究它們的反應(yīng)散射行為是理想的，因此產(chǎn)生新的和局部的研究場。
本發(fā)明的原理也可以用來構(gòu)成位置靈敏檢測器，這將在圖6中進(jìn)行說明。
捕集器34的陣列形成平面電極結(jié)構(gòu)36，并且裝載有的特定分子離子(A+)，該特定分子離子(A+)選擇成能夠與特定生物分子或生物分子的類(B)發(fā)生締合反應(yīng)。A+的選擇與檢測器的特異性有關(guān)。提供微通道板40，其前表面高度地負(fù)偏置，以吸引正離子?；蛘?，可以使用任何合適的位置靈敏帶電粒子檢測器來代替微通道板。
當(dāng)分子B接近平面結(jié)構(gòu)36時，它可以在締合(associative)反應(yīng)中與傳感器分子離子中的一個發(fā)生反應(yīng)(5)布置捕獲結(jié)構(gòu)，從而生成的更重的離子向電極表面36降落，最終由于穿透小孔38的陣列中的一個的場而被帶走。作為高度負(fù)偏置微通道板40的前表面的自然結(jié)果，出現(xiàn)該穿透場。注意，通過使電極陣列的背面帶負(fù)電可以實(shí)現(xiàn)相同的效果。然后，將所述離子從孔38朝向?qū)⒆鳛閭鹘y(tǒng)的位置靈敏檢測器(與圖像增強(qiáng)器類似的東西)的前端的微通道板40加速。所得到的檢測事件提供在相互作用之前生物分子的位置記錄。
它還能夠循環(huán)捕獲，從而更重的生成離子保持在該捕集器中，并且只能周期性地到達(dá)穿透場。在這種情況下，可以使用飛行時間信息來確定生成離子的質(zhì)量，由此確定A+的質(zhì)量以及分子所屬的種類。
可以發(fā)揮捕獲陣列在不同位置儲存不同離子的固有的能力，以在不同的位置儲存不同種類的A+，使得該系統(tǒng)能夠同時區(qū)分生物分子(B)的范圍。
也可以提供定制的CAD/模擬包，以幫助設(shè)計陣列來捕獲或引導(dǎo)帶電粒子。由于給定的捕獲結(jié)構(gòu)受到任何所施加電壓序列的影響，所以原則上通過場的麥克斯韋方程和離子運(yùn)動的牛頓方程的解可以精確地求解捕獲離子的運(yùn)動。但是，由于所設(shè)想的問題的難度，這可能是難以計算的。
由于所涉及的長度和頻率比例，可以使用拉普拉斯方程的解的線性組合來代替麥克斯韋方程的全解。該問題對于任意的幾何形狀是容易計算的，并且由于所提出的捕獲陣列接近對稱，通過多解析(multi-resolution)分析能夠進(jìn)一步加快速度。使用如此得到的拉普拉斯方程的解，通過在從連接到與緩沖氣體發(fā)生的碰撞的蒙特卡洛模擬的捕獲離子的運(yùn)動的完全顯式解(計算上昂貴的)到簡單地計算在所加電壓的特定‘捕獲序列’上求平均值的有效捕獲電位，然后使用受該有效電位的影響的離子的統(tǒng)計分布和摩擦模型(計算上便宜的)的各種近似程度求解捕獲離子的動態(tài)特性將會推導(dǎo)出捕獲或引導(dǎo)陣列的特性。
這種模擬將首先用來評價計算上便宜的策略的有效范圍。一旦建立起這個，各種捕獲/引導(dǎo)結(jié)構(gòu)和‘捕獲序列’的有效電位和絕熱性參數(shù)將用來預(yù)測它們的行為。
通過可視化界面實(shí)現(xiàn)該程序的控制，導(dǎo)致用于離子捕獲/引導(dǎo)陣列的定制的CAD/模擬程序，這可用于本領(lǐng)域中的研究人員，并且可以在作為并行計算機(jī)的PC的陣列上起作用。拉普拉斯方程的解和彈道的計算服從(are amenable to)并行計算。
可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種修改。特別是，所述帶電粒子可以包括離子、電子或任何其它適合的帶電粒子。
可以通過任何合適的方式來制造電極陣列，其中印制電路板技術(shù)、平版印刷法和聚焦離子束方法僅僅是例子。
在每個實(shí)施例中電極的形狀可以采取任何合適的形狀，并且給出的例子不應(yīng)該認(rèn)為限制這些為任何特定形狀。例如，通過一系列同心環(huán)形電極可以實(shí)現(xiàn)漏斗狀結(jié)構(gòu)。這些電極可以是橢圓形的、方形或任何其它合適的形狀。
施加到電極上的電壓可以采取任何合適的形式，并且可以在發(fā)送到電極之前經(jīng)過調(diào)制。例如，所述電壓可以是方波，以允許當(dāng)處理信息時可以使用數(shù)字邏輯技術(shù)。此外，施加到電極上的電壓可以是合適的極性，以吸引或排斥特定的粒子。例如，在實(shí)現(xiàn)第六實(shí)施例的方法的裝置中，將所述微通道板負(fù)偏置。但是，它也可以正充電，以吸引負(fù)粒子。
還應(yīng)該承認(rèn)，在例如傳送帶的結(jié)構(gòu)中，用實(shí)際傳送粒子來介紹它們的操作；但是，即使當(dāng)不存在粒子時，也可以施加電壓序列，從而傳送帶結(jié)構(gòu)總是起作用的，以在存在粒子時傳送它們。
還應(yīng)該理解，可以組合應(yīng)用本發(fā)明原理的特定應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.操作至少一個帶電粒子的相空間的裝置，包括布置在表面上并連接到能夠施加交流電壓和直流電壓的電源的至少一個電極，從而形成為該電極表面的一側(cè)提供相空間操作區(qū)的電位。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括壓力控制裝置，以控制圍繞所述電極的該空間的壓力。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述壓力控制裝置包括可密封的腔以及能夠?qū)怏w引入該腔和從該腔抽出的氣泵裝置。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中所述電源用于改變所施加的交流電壓和直流電壓。
5.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中所述電源用于單獨(dú)改變所述交流電壓的幅度、波形和頻率，并且用于改變所述直流電壓的幅度。
6.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中所述電位是有效電位。
7.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中所述相空間操作區(qū)包括粒子捕獲區(qū)，其中在特定空間區(qū)域中約束粒子。
8.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中所述相空間操作區(qū)包括粒子引導(dǎo)區(qū)，其中通過至少一個自由度來限制粒子的運(yùn)動。
9.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中提供多個電極。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述電極以陣列方式布置，從而使得所述至少一個粒子位于該陣列的一側(cè)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述陣列基本上是平面形。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述陣列是半球形。
13.如權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中提供單個電極，并且用保持在恒定電位的平面圍繞所述單個電極。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述電極是環(huán)形的。
15.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述平面接地。
16.如權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的裝置，其中施加到所述環(huán)形電極的交流電壓的頻率為具有這樣一種周期的頻率，所述周期小于光通過所述環(huán)形電極的直徑所花費(fèi)的時間。
17.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中可以改變施加到平面陣列中相鄰的第一和第二組電極的電壓，從而使得所述至少一個粒子可以從由所述第一組電極提供的粒子捕獲區(qū)移動到由所述第二組電極提供的粒子捕獲區(qū)。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中至少一個粒子可以從由第一組電極提供的第一捕獲區(qū)移動到由第二組電極提供的第二捕獲區(qū)，其中施加到所述電極組的電壓可以從初始配置變化為中間配置，然后變化到最終配置，并且其中；在初始配置中，第一組電極偏置到保持電壓，以形成第一粒子捕獲區(qū)，其中捕獲至少一個粒子，并且相鄰的第二組電極被偏置到零伏；在中間配置中，兩組電極都偏置到該保持電壓，以形成捕獲所述至少一個粒子的合并粒子捕獲區(qū)；在最終配置中，所述第一組電極偏置到零伏，并且所述第二組電極偏置到所述保持電壓，以形成第二粒子捕獲區(qū)，該第二粒子捕獲區(qū)捕獲所述至少一個粒子。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中將至少一個粒子從由第一組電極提供的第一捕獲區(qū)移動到由第二組電極提供的第二捕獲區(qū)的過程是可重復(fù)的，以沿所述平面陣列上所選定的路徑移動所述至少一個粒子。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中使用印制電路板、平版印刷或聚焦離子束技術(shù)形成所述平面陣列。
21.如權(quán)利要求1-16中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中提供一系列電極，其上所施加的電壓是可控制的，從而可以將所述至少一個粒子從第一粒子捕獲區(qū)移動到第二粒子捕獲區(qū)，其中所述第一捕獲區(qū)大于所述第二捕獲區(qū)。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中施加到所述電極上的電壓是可控制的，從而使得所述至少一個粒子可以在多個依次減小的捕獲區(qū)之間移動。
23.如權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述一系列電極包括多個同心排列的環(huán)形電極。
24.如權(quán)利要求21-23中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中，在初始狀態(tài)中，每個電極具有所施加的交流電壓和直流電壓的組合，從而在第一捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子；改變施加到外部電極的電壓，從而在中間狀態(tài)中，在由剩余的內(nèi)部電極提供的第一中間捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子；以及改變施加到與所述外部電極相鄰的電極上的電壓，從而在最終狀態(tài)中，在由最里面的電極提供的第二捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中，在從初始狀態(tài)到中間狀態(tài)以及從中間狀態(tài)到最終狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，所述外部電極以及相鄰的電極分別被設(shè)置為零伏。
26.如權(quán)利要求24或權(quán)利要求25所述的裝置，其中多個電極可以各自提供更進(jìn)一步的中間捕獲區(qū)，從而使得在所述初始狀態(tài)與所述最終狀態(tài)之間，所述至少一個粒子經(jīng)過多個中間狀態(tài)，且在依次減小的中間捕獲區(qū)中被捕獲。
27.如權(quán)利要求21-23中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中，在初始狀態(tài)中，最外面的電極具有所施加的交流電壓和直流電壓的第一組合，并且將背景電壓施加到其余的電極，從而使得在初始狀態(tài)中，在第一捕獲區(qū)中捕獲至少一個粒子；與所述外部電極相鄰的電極可以被設(shè)置為電壓的所述第一組合，并且將所述背景電壓施加到所述外部電極，從而使得在中間狀態(tài)中，在第一中間捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子；以及最里面的電極可以被設(shè)置為電壓的所述第一組合，并且將所述背景電壓施加到所述相鄰的電極上，從而使得在最終狀態(tài)中，在第二捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述背景電壓為零伏。
29.如權(quán)利要求27或權(quán)利要求28所述的裝置，其中提供多個電極，從而在所述初始狀態(tài)與所述最終狀態(tài)之間，所述至少一個粒子經(jīng)過多個中間狀態(tài)，且在依次減小的中間捕獲區(qū)中被捕獲。
30.如權(quán)利要求23-29中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中所述最里面的電極優(yōu)選設(shè)置有縫隙；并且當(dāng)所述至少一個粒子處于最終狀態(tài)時，電壓施加到該縫隙上，從而促使所述至少一個粒子穿過該縫隙。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其中該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而穿過該縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的所述粒子。
32.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中施加到電極上的電壓是可以將一種類型的帶電粒子與另一種區(qū)別開的電壓。
33.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中在從該電極表面開始的不同垂直距離捕獲不同類型的帶電粒子。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其中該距離取決于所述帶電粒子的電荷和/或質(zhì)量。
35.如權(quán)利要求34所述的裝置，其中在離所述電極的第一垂直距離捕獲第一類型的帶電粒子，并且在離所述電極的第二垂直距離捕獲第二類型的帶電粒子，其中所述第一帶電粒子的質(zhì)量大于所述第二帶電粒子的質(zhì)量，并且所述第二垂直距離大于所述第一垂直距離。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其中在所述第二垂直距離捕獲的至少一個粒子受到由施加到第二組電極的電壓序列形成的所述電位支配。
37.如權(quán)利要求36所述的裝置，其中施加到所述第二組電極的所述電壓序列是使得將所述至少一個粒子從一個捕獲區(qū)沿預(yù)定路徑傳送到另一個捕獲區(qū)的電壓序列。
38.如權(quán)利要求36或權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述第二組電極的尺寸比所述捕獲電極的尺寸更大。
39.如權(quán)利要求32-38中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中在電極上設(shè)置縫隙，從而使得最接近該電極表面的這種類型的粒子可以穿過該縫隙。
40.如權(quán)利要求39所述的裝置，其中該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而使得穿過該縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的粒子。
41.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的裝置，其中可以改變施加到電極上的電壓，從而使得捕獲的粒子沿垂直于該電極平面的方向移動。
42.如權(quán)利要求41所述的裝置，其中至少一個捕獲的粒子可以被降低到其中將與至少一個其它粒子相互作用的區(qū)域；并且由該相互作用產(chǎn)生的粒子隨后可以與沒有相互作用的粒子一起再次被提升。
43.如權(quán)利要求41或權(quán)利要求42所述的裝置，其中該電極形成有縫隙，并且可以改變所施加的電壓，以使粒子接近所述縫隙；以及向所述縫隙施加電壓，從而促使該粒子穿過所述縫隙。
44.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而使得穿過該縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的所述粒子。
45.如權(quán)利要求41-44中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中提供電極陣列，向其施加的電壓捕獲可以與第二類型的粒子相互作用的第一類型粒子，以形成下落到捕集器的底部的反應(yīng)物粒子，并且通過抽出孔被帶走。
46.如權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述電極陣列還包括至少一個縫隙，用于抽出捕獲的粒子。
47.如權(quán)利要求46所述的裝置，其中每個電極包括一個縫隙。
48.如權(quán)利要求47所述的裝置，其中通過電位來加速所述反應(yīng)物粒子，并檢測所述反應(yīng)物粒子，從而可以檢測最初的第一類型粒子的位置。
49.一種操作至少一個帶電粒子的相空間的方法，其中施加到電極上的交流電壓和直流電壓的組合形成提供相空間操作區(qū)的電位，并且其中所述至少一個帶電粒子位于該電極表面的一側(cè)。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括控制圍繞所述電極的空間的壓力的步驟。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述壓力控制裝置包括可密封的腔，以及能夠?qū)怏w引入該腔和從該腔抽出的氣泵裝置。
52.如權(quán)利要求49-51中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述電源可用于改變所施加的交流電壓和直流電壓。
53.如權(quán)利要求49-52中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述電源可用于單獨(dú)改變所述交流電壓的幅度、波形和頻率，并且可用于改變所述直流電壓的幅度。
54.如權(quán)利要求49-53中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述電位是有效電位。
55.如權(quán)利要求49-54中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述相空間操作區(qū)包括粒子捕獲區(qū)，其中粒子被限制在特定空間區(qū)域中。
56.如權(quán)利要求49-55中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述相空間操作區(qū)包括粒子引導(dǎo)區(qū)，其中粒子的運(yùn)動由至少一個自由度限制。
57.如權(quán)利要求49-56中任何一項(xiàng)所述的方法，其中提供多個電極。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中所述電極以陣列方式布置，從而使得所述至少一個粒子位于該陣列的一側(cè)。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述陣列基本上是平面形的。
60.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述陣列是半球形的。
61.如權(quán)利要求49-56中任何一項(xiàng)所述的方法，其中提供單個電極，并且該單個電極被保持在恒定電位的平面圍繞。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其中所述電極是環(huán)形的。
63.如權(quán)利要求61或權(quán)利要求62所述的方法，其中該平面接地。
64.如權(quán)利要求62或權(quán)利要求63所述的方法，其中施加到所述環(huán)形電極的交流電壓的頻率為這樣一個頻率，該頻率的周期小于光通過所述環(huán)形電極的直徑所花費(fèi)的時間。
65.如權(quán)利要求49-64中任何一項(xiàng)所述的方法，其中可以改變施加到平面陣列中相鄰的第一和第二組電極的電壓，從而可以將所述至少一個粒子從由所述第一組電極提供的粒子捕獲區(qū)移動到由所述第二組電極提供的粒子捕獲區(qū)。
66.如權(quán)利要求65所述的方法，其中將至少一個粒子從由第一組電極提供的第一捕獲區(qū)移動到由第二組電極提供的第二捕獲區(qū)，其中施加到所述電極組的電壓從初始配置變化為中間配置，然后變化到最終配置，并且其中；在初始配置中，第一組電極被偏置到保持電壓，以形成第一粒子捕獲區(qū)，其中捕獲至少一個粒子，并且相鄰的第二組電極偏置到零伏；在中間配置中，這兩組電極都偏置到所述保持電壓，以形成捕獲所述至少一個粒子的合并粒子捕獲區(qū)；在最終配置中，所述第一組電極偏置到零伏，并且所述第二組電極偏置到所述保持電壓，以形成捕獲所述至少一個粒子的第二粒子捕獲區(qū)。
67.如權(quán)利要求66所述的方法，其中將至少一個粒子從由第一組電極提供的第一捕獲區(qū)移動到由第二組電極提供的第二捕獲區(qū)的過程是可重復(fù)的，以沿所述平面陣列上選定的路徑移動所述至少一個粒子。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，其中使用印制電路板、平版印刷或聚焦離子束技術(shù)來形成所述平面陣列。
69.如權(quán)利要求49-64中任何一項(xiàng)所述的方法，其中提供一系列電極，其上所施加的電壓是可控制的，從而可以將所述至少一個粒子從第一粒子捕獲區(qū)移動到第二粒子捕獲區(qū)，其中所述第一捕獲區(qū)大于所述第二捕獲區(qū)。
70.如權(quán)利要求69所述的方法，其中施加到所述電極上的電壓是可控制的，從而所述至少一個粒子可以在多個依次減小的捕獲區(qū)之間移動。
71.如權(quán)利要求69或權(quán)利要求70所述的方法，其中所述一系列電極包括多個同心排列的環(huán)形電極。
72.如權(quán)利要求69-71中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在初始狀態(tài)中，每個電極具有所施加交流電壓和直流電壓的一種組合，從而在第一捕獲區(qū)中捕獲至少一個粒子；改變施加到所述外部電極的電壓，從而在中間狀態(tài)中，在由剩余的內(nèi)部電極提供的第一中間捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子；以及改變施加到與所述外部電極相鄰的電極上的電壓，從而在最終狀態(tài)中，在由最里面的電極提供的第二捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其中在從所述初始狀態(tài)到中間狀態(tài)以及從所述中間狀態(tài)到最終狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，所述外部電極以及相鄰的電極分別被設(shè)置為零伏。
74.如權(quán)利要求72或權(quán)利要求73所述的方法，其中多個電極各自提供更進(jìn)一步的中間捕獲區(qū)，從而在所述初始狀態(tài)和所述最終狀態(tài)之間，所述至少一個粒子經(jīng)過多個中間狀態(tài)，且在依次減小的中間捕獲區(qū)中被捕獲。
75.如權(quán)利要求69-71中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在初始狀態(tài)中，最外面的電極具有所施加的交流電壓和直流電壓的第一組合，并且將背景電壓施加到其余的電極，從而在初始狀態(tài)中，在第一捕獲區(qū)中捕獲至少一個粒子；與所述外部電極相鄰的電極設(shè)置為電壓的所述第一組合，并且將所述背景電壓施加到所述外部電極，從而在中間狀態(tài)中，在第一中間捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子；以及所述最里面的電極設(shè)置為電壓的第一組合，并且將所述背景電壓施加到所述相鄰的電極上，從而在最終狀態(tài)中，在第二捕獲區(qū)中捕獲所述至少一個粒子。
76.如權(quán)利要求75所述的方法，其中所述背景電壓為零伏。
77.如權(quán)利要求75或權(quán)利要求76所述的方法，其中提供多個電極，從而在所述初始狀態(tài)與所述最終狀態(tài)之間，所述至少一個粒子經(jīng)過多個中間狀態(tài)，在依次減小的中間捕獲區(qū)中被捕獲。
78.如權(quán)利要求71-77中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述最里面的電極設(shè)置有縫隙；并且當(dāng)所述至少一個粒子處于最終狀態(tài)時，向該縫隙施加電壓，從而促使所述至少一個粒子穿過該縫隙。
79.如權(quán)利要求78所述的方法，其中該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而穿過該縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的所述粒子。
80.如權(quán)利要求49-79中任何一項(xiàng)所述的方法，其中施加到電極上的所述電壓是可以將一種類型的帶電粒子與另一種區(qū)別開的電壓。
81.如權(quán)利要求80所述的方法，其中在從該電極表面開始的不同垂直距離捕獲不同類型的帶電粒子。
82.如權(quán)利要求81所述的方法，其中所述距離取決于所述帶電粒子的電荷和/或質(zhì)量。
83.如權(quán)利要求82所述的方法，其中在離所述電極的第一垂直距離處捕獲第一類型的帶電粒子，并且在離所述電極的第二垂直距離處捕獲第二類型的帶電粒子，其中所述第一帶電粒子的質(zhì)量大于所述第二帶電粒子的質(zhì)量，并且所述第二垂直距離大于所述第一垂直距離。
84.如權(quán)利要求83所述的方法，其中在所述第二垂直距離處捕獲的至少一個粒子受到由施加到第二組電極的電壓序列形成的電位的支配。
85.如權(quán)利要求84所述的方法，其中施加到所述第二組電極的電壓序列是從一個捕獲區(qū)沿預(yù)定路徑將所述至少一個粒子傳送到另一個捕獲區(qū)的電壓序列。
86.如權(quán)利要求84或權(quán)利要求85所述的方法，其中所述第二組電極的尺寸比所述捕獲電極的尺寸更大。
87.如權(quán)利要求80-86中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在電極上提供縫隙，從而最接近該電極表面的這種類型的粒子可以穿過該縫隙。
88.如權(quán)利要求87所述的方法，其中該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而穿過該縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的所述粒子。
89.如權(quán)利要求49-88中任何一項(xiàng)所述的方法，其中可以改變施加到電極上的電壓，從而捕獲的粒子沿垂直于該電極平面的方向移動。
90.如權(quán)利要求89所述的方法，其中至少一個捕獲的粒子可以被降低到其中將與至少一個其它粒子相互作用的區(qū)域；以及隨后，由所述相互作用產(chǎn)生的粒子可以與沒有相互作用的粒子一起再次被提升。
91.如權(quán)利要求89或權(quán)利要求90所述的方法，其中該電極形成有縫隙，并且可以改變所施加電壓，以使粒子接近該縫隙；以及向該縫隙施加電壓，從而促使所述粒子穿過該縫隙。
92.如權(quán)利要求91所述的方法，其中該縫隙的每一側(cè)被有差別地抽氣，從而穿過該縫隙的氣體經(jīng)歷超音速膨脹，以便冷卻被促使穿過該縫隙的所述粒子。
93.如權(quán)利要求89-92中任何一項(xiàng)所述的方法，其中提供電極陣列，其上所施加的電壓捕獲可以與第二類型的粒子相互作用的第一類型粒子，以形成下降到捕集器的底部的反應(yīng)物粒子，并且通過抽出孔被帶走。
94.如權(quán)利要求93所述的方法，其中所述電極陣列還包括至少一個縫隙，用于抽出捕獲的粒子。
95.如權(quán)利要求94所述的方法，其中每個電極包括一個縫隙。
96.如權(quán)利要求95所述的方法，其中通過電位來加速所述反應(yīng)物粒子，并檢測所述反應(yīng)物粒子，從而可以檢測最初的第一類型粒子的位置。
全文摘要
為操作至少一個帶電粒子的相空間提供的方法和裝置，其中加到電極上的交變電流和直流電壓的組合形成提供相空間操作區(qū)的電位，并且其中至少一個帶電粒子位于電極表面的一側(cè)?？捎糜谠S多應(yīng)用，包括點(diǎn)捕集器、傳送帶、漏斗以及距離陣列不同距離保持不同類型的粒子，從而可以操作它們的方法。
文檔編號H01JGK1695218SQ03824691
公開日2005年11月9日 申請日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月27日
發(fā)明者弗雷德里克·約翰·柯雷爾 申請人:貝爾法斯特女王大學(xué)