本發(fā)明提供了一種對(duì)微觀顆粒進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其工作方法，涉及微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域,特別是通過(guò)微觀電作用力對(duì)細(xì)胞進(jìn)行多自由度旋轉(zhuǎn)的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

細(xì)胞顯微操作是現(xiàn)代生物工程中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程、生命科學(xué)、物理、化學(xué)等領(lǐng)域。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前顯微操作已進(jìn)入亞細(xì)胞級(jí)的操作水平。細(xì)胞位置和姿態(tài)調(diào)節(jié)是細(xì)胞顯微操作中的重要一環(huán)，因此，開(kāi)展細(xì)胞位置姿態(tài)自動(dòng)化調(diào)節(jié)研究具有重要意義。在許多顯微操作中，如卵胞漿內(nèi)單精子顯微注射、胚胎極體活性檢測(cè)、卵母細(xì)胞核移植和克隆等，均需要在操作前對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操控，以調(diào)節(jié)其位置和姿態(tài)。另外，對(duì)單個(gè)細(xì)胞位置和姿態(tài)的調(diào)節(jié)，亦能夠促進(jìn)對(duì)細(xì)胞表面分子或主要受體進(jìn)行高分辨率識(shí)別的研究。在利用原子力顯微鏡研究細(xì)胞表面形貌或者物理特性時(shí)，如果配以細(xì)胞三維旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)控制，則能夠使得相應(yīng)研究的靈活度進(jìn)一步深化。這里的細(xì)胞位置通常是指二維平面內(nèi)的位置，而細(xì)胞姿態(tài)則涉及三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)細(xì)胞顯微操控技術(shù)的研究非?；钴S，機(jī)械法、激光法、微流控法、磁場(chǎng)法和電場(chǎng)法等被用于細(xì)胞操作。在正交直角坐標(biāo)系中，細(xì)胞在外部力場(chǎng)（由電場(chǎng)、流場(chǎng)、磁場(chǎng)等引起的力場(chǎng)）的作用下，能夠在X軸、Y軸、Z軸方向上的三個(gè)平移自由度。例如，在介電泳器件中，細(xì)胞可以在平面微電極陣列的激勵(lì)下，產(chǎn)生相對(duì)于微電極的二維平面位置移動(dòng)。有時(shí)在三維介電籠中亦可以使得細(xì)胞產(chǎn)生空間移動(dòng)，但由于三維介電籠中的微電極位置固定，難以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞在指定位置處的三維旋轉(zhuǎn)。在基于電場(chǎng)、流場(chǎng)或磁場(chǎng)的微機(jī)電器件中，均難以在指定位置處同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞沿著XY軸、YZ軸和XZ軸的旋轉(zhuǎn)?？傮w而言，在各種微觀力場(chǎng)的作用下，細(xì)胞的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度難以在同一指定位置處實(shí)現(xiàn)。

因此，如果能夠提供一種新方法，能夠在承載細(xì)胞的器件中的任一位置處，同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的三個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，且同時(shí)能夠控制細(xì)胞在器件的二維操作腔中的平面位置，則可以在各應(yīng)用領(lǐng)域中都實(shí)現(xiàn)更加靈活的細(xì)胞微操控和位置姿態(tài)調(diào)整，進(jìn)而對(duì)顯微注射、細(xì)胞表面形貌檢測(cè)等方面技術(shù)的進(jìn)步起到更大的推動(dòng)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其工作方法，以實(shí)現(xiàn)在顯微操作中對(duì)微觀顆粒（細(xì)胞）進(jìn)行姿態(tài)和位置調(diào)整。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括：微流控芯片、交變信號(hào)源、用于產(chǎn)生相應(yīng)光圖形的光源，其中將交變信號(hào)源接入微流控芯片中，且經(jīng)相應(yīng)光圖形投射，以調(diào)節(jié)微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞姿態(tài)和/或位置。

進(jìn)一步，所述微流控芯片，自上而下依次包括上銦錫氧化物薄膜、微流體腔（高度記為h₁,其內(nèi)的溶液電導(dǎo)率記為σ₀）、光電導(dǎo)層（厚度記為h₀）和下銦錫氧化物薄膜；其中所述上、下銦錫氧化物薄膜適于分別連接一交變電壓信號(hào)源的輸出端、接地端,或者分別連接任意兩個(gè)具有相位差的交變電壓信號(hào)源；以及相應(yīng)光圖形通過(guò)分別透過(guò)下銦錫氧化物薄膜照射光電導(dǎo)層的下端面(光電導(dǎo)層亮態(tài)電導(dǎo)率和暗態(tài)電導(dǎo)率分別記為σ_l和σ_d)，以調(diào)節(jié)微流體腔內(nèi)的細(xì)胞姿態(tài)和/或位置。為了保證流體腔內(nèi)明暗交界區(qū)域的電場(chǎng)具有適度的非均勻程度，上述的參量值需要滿(mǎn)足：2σ₀/σ_l < h₁/h₀ < 0.5σ₀/σ_d , 即微流體腔高度與光電導(dǎo)層厚度的比值大于流體電導(dǎo)率與光電導(dǎo)層亮態(tài)電導(dǎo)率比值的兩倍，同時(shí)微流體腔高度與光電導(dǎo)層厚度的比值小于流體電導(dǎo)率與光電導(dǎo)層暗態(tài)電導(dǎo)率比值的1/2。

進(jìn)一步，所述光電導(dǎo)層包括：自下而上依次沉積的本征氫化非晶硅層、N+型氫化非晶硅層和氮化硅層；以及所述微流體腔的上部設(shè)有若干流道口，以及其側(cè)面設(shè)有水平流道口。

又一方面，本發(fā)明還提供了一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作方法。

所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作方法：將交變信號(hào)源接入微流控芯片中，且經(jīng)相應(yīng)光圖形投射，以調(diào)節(jié)微流體腔內(nèi)的細(xì)胞姿態(tài)和/或位置。

進(jìn)一步，調(diào)整細(xì)胞姿態(tài)的方法包括：在水平面定義細(xì)胞的水平虛擬轉(zhuǎn)軸，且控制細(xì)胞以水平虛擬轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)；即根據(jù)細(xì)胞的位置，投射一矩形光圖形，使該矩形光圖形在光電導(dǎo)層的下端面形成的一明暗交界線，該明暗交界線垂直向上映射至細(xì)胞，以作為水平虛擬轉(zhuǎn)軸；以及通過(guò)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的等效電偶極矩與矩形光圖形在光電導(dǎo)層形成的虛擬光電極所生成的非均勻電場(chǎng)配合，使細(xì)胞以所述水平虛擬轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，調(diào)整細(xì)胞姿態(tài)的方法還包括：控制細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，所述控制細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)的方法包括：根據(jù)細(xì)胞的位置，投射一對(duì)平行光圖形陣列，使光電導(dǎo)層在細(xì)胞兩側(cè)產(chǎn)生一對(duì)平行間斷條狀虛擬光電極；且兩間斷條狀虛擬光電極適于同時(shí)與細(xì)胞的兩側(cè)邊緣相接觸；當(dāng)兩平行光圖形做相向或相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩間斷條狀虛擬光電極帶動(dòng)細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，所述控制細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)的方法包括：

根據(jù)細(xì)胞的位置，投射一帶有開(kāi)口的環(huán)狀光圖形，使光電導(dǎo)層產(chǎn)生一帶有開(kāi)口的環(huán)狀虛擬光電極以套于細(xì)胞，且所述環(huán)狀虛擬光電極的開(kāi)口寬度小于細(xì)胞直徑；所述開(kāi)口適于捕獲住細(xì)胞，以使環(huán)狀虛擬光電極跟隨環(huán)狀光圖形轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，調(diào)整細(xì)胞的位置的方法包括：通過(guò)環(huán)狀光圖形位移使環(huán)狀虛擬光電極帶動(dòng)細(xì)胞位移，以調(diào)整細(xì)胞的位置。

進(jìn)一步，若同時(shí)對(duì)多個(gè)細(xì)胞的姿態(tài)和/或位置分別進(jìn)行調(diào)整，則構(gòu)建光圖形陣列；所述光圖形陣列為用于細(xì)胞繞相應(yīng)軸旋轉(zhuǎn)的若干縮微光圖形，且按照細(xì)胞的分布位置照射至光電導(dǎo)層，以形成虛擬光電極陣列的形式；以及各縮微光圖形適于獨(dú)立控制，即每個(gè)矩形光圖形的暗片區(qū)域和明片區(qū)域的交界線與構(gòu)成水平面的水平橫軸所成角度適于任意調(diào)節(jié)，以及各環(huán)形光電極在相應(yīng)位置適于同時(shí)驅(qū)動(dòng)各個(gè)細(xì)胞以相同或者不同的角速度水平旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提供的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其工作方法，其對(duì)細(xì)胞進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)進(jìn)而進(jìn)行位姿調(diào)整，避免了在芯片上制作復(fù)雜的物理實(shí)體電極陣列或者其他的接觸式操縱部件；具有非接觸、可實(shí)時(shí)重構(gòu)、且無(wú)損操控電中性微粒的優(yōu)點(diǎn)，其通過(guò)投射至操控芯片光電導(dǎo)層上的縮微光圖形（虛擬光電極）使得微流體環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生與虛擬電極幾何形狀一致的非均勻電場(chǎng)分布，進(jìn)而使細(xì)胞受到特定介電泳力場(chǎng)作用而產(chǎn)生預(yù)期的平移與三維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)僅需一路正弦激勵(lì)信號(hào)，且所需電壓很低，既利于保持細(xì)胞的活性，又降低了構(gòu)建該系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及等效電路示意圖；

圖2為本發(fā)明的微流控芯片的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖3 為本發(fā)明實(shí)施例中細(xì)胞在旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的原理示意圖；

圖4（a）為本發(fā)明實(shí)施例中光電導(dǎo)層對(duì)應(yīng)的投射光圖形中明暗界線的位置和方向的俯視圖一；

圖4（b）為與圖4（a）對(duì)應(yīng)的A-A剖面細(xì)胞旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系示意圖；

圖5（a）為本發(fā)明實(shí)施例中光電導(dǎo)層對(duì)應(yīng)的投射光圖形中明暗界線的位置和方向的俯視圖二；

圖5（b）為與圖5（a）對(duì)應(yīng)的A-A剖面細(xì)胞旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中通過(guò)細(xì)胞兩側(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的虛擬條狀光電極驅(qū)動(dòng)細(xì)胞實(shí)現(xiàn)其繞垂直軸（z軸）旋轉(zhuǎn)的示意圖；

圖7（a）為本發(fā)明實(shí)施例中帶有缺口的環(huán)形光電極內(nèi)的靠近微粒體腔底部的水平面內(nèi)的電場(chǎng)近似分布示意圖；

圖7（b）為本發(fā)明實(shí)施例中帶有缺口的環(huán)形光電極對(duì)捕獲住的細(xì)胞進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)細(xì)胞與環(huán)狀虛擬光電極缺口的相對(duì)位置示意圖；

圖7（c）為本發(fā)明實(shí)施例中帶有缺口的環(huán)形光電極帶動(dòng)細(xì)胞移動(dòng)的示意圖。

圖8為用于細(xì)胞繞各軸旋轉(zhuǎn)的縮微光圖形可按照不同的方位在光電導(dǎo)層平面上形成的虛擬光電極陣列的示意圖。

圖中：

上銦錫氧化物薄膜1，光圖形100，微流體腔2，光電導(dǎo)層3，本征氫化非晶硅層31，N+型氫化非晶硅層32，氮化硅層33，下銦錫氧化物薄膜4，細(xì)胞5，RC等效電路121、122、131、132，流道口201、202、203，暗片區(qū)域301，明片區(qū)域302，間斷條狀虛擬光電極101、102，環(huán)狀虛擬光電極103，開(kāi)口104。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例1

如圖1和圖2所示，本實(shí)施1提供了一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括：微流控芯片、交變信號(hào)源、用于產(chǎn)生相應(yīng)光圖形的光源，其中將交變信號(hào)源接入微流控芯片中，且經(jīng)相應(yīng)光圖形投射，以調(diào)節(jié)微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞姿態(tài)和/或位置。

進(jìn)一步，微流控芯片自上而下依次包括上銦錫氧化物薄膜1、微流體腔2、光電導(dǎo)層3和下銦錫氧化物薄膜4；其中上、下銦錫氧化物薄膜為透明導(dǎo)電薄膜，且所述上、下銦錫氧化物薄膜適于分別連接交變信號(hào)源的輸出端、接地端；以及相應(yīng)光圖形（縮微光圖形）通過(guò)分別透過(guò)下銦錫氧化物薄膜照射光電導(dǎo)層的下端面，以調(diào)節(jié)微流體腔內(nèi)的細(xì)胞姿態(tài)和/或位置。

上銦錫氧化物薄膜1可以通過(guò)上銦錫氧化物薄膜1對(duì)細(xì)胞操作進(jìn)行觀測(cè)。

位于上銦錫氧化物薄膜1的上方還可以設(shè)有CCD圖像傳感器，以觀測(cè)細(xì)胞。

本微流控芯片適于在利用縮微光圖形陣列產(chǎn)生的介電泳力以及電滲流的綜合作用效果下，對(duì)電中性的細(xì)胞或其他微觀顆粒進(jìn)行在指定位置處的三維旋轉(zhuǎn)。

上下銦錫氧化物薄膜分別連接在交變信號(hào)源的兩極（圖1中的v1 和GND）。微流體腔2和光電導(dǎo)層3的等效電路均可用阻容并聯(lián)的形式來(lái)描述，如圖2中的虛線框121、122、141、142所示，即每層都具備其自身特定的交流阻抗（在明暗配對(duì)的縮微光圖形照射時(shí)，由于被照亮的那部分光電層、未被照亮的那部分光電層的等效電路均為電阻電容電路，且二者的復(fù)阻抗不同）。當(dāng)光電導(dǎo)層3被光圖形照射時(shí)，上層電極（銦錫氧化物薄膜）、下層明區(qū)（圖1的右半邊）和下層暗區(qū)（圖1的左半邊為光電導(dǎo)層3的陰影部分）三個(gè)區(qū)域處固液界面的電壓相位均不同，由于交變信號(hào)源，其電壓相位和幅值均呈周期性變化。本芯片流體腔內(nèi)電場(chǎng)的方向隨著各電極幅值和相位的變化發(fā)生周期性變化及發(fā)生周期性旋轉(zhuǎn)。如圖2和圖3所示，被極化的細(xì)胞5內(nèi)部產(chǎn)生等效電偶極矩p，而該等效電偶極矩p的方向總是趨向于電場(chǎng)E的方向且保持一個(gè)相位差，因此細(xì)胞產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

為了保證流體腔內(nèi)明暗交界區(qū)域的電場(chǎng)具有適度的非均勻程度，以達(dá)到更好的等效電偶極矩與光圖形在光電導(dǎo)層形成的虛擬光電極所生成的非均勻電場(chǎng)配合的目的，微流體腔高度與光電導(dǎo)層厚度的比值大于流體電導(dǎo)率與光電導(dǎo)層亮態(tài)電導(dǎo)率比值的兩倍，同時(shí)微流體腔高度與光電導(dǎo)層厚度的比值小于流體電導(dǎo)率與光電導(dǎo)層暗態(tài)電導(dǎo)率比值的1/2。

具體的，所述光電導(dǎo)層包括：自下而上依次沉積的本征氫化非晶硅層、N+型氫化非晶硅層和氮化硅層；以及所述微流體腔的上部設(shè)有若干流道口，以及其側(cè)面設(shè)有水平流道口，用于進(jìn)樣或者將被執(zhí)行完注射或其他操作的細(xì)胞輸運(yùn)到外部裝置。

本微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)速率與方向均可以通過(guò)調(diào)節(jié)頻率、信號(hào)幅值、溶液電導(dǎo)率等操作實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單易行，具體的，關(guān)于頻率、信號(hào)幅值、溶液電導(dǎo)率的具體調(diào)節(jié)參數(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)獲得。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1基礎(chǔ)上，本實(shí)施例2提供了一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作方法。

所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作方法包括：將交變信號(hào)源接入微流控芯片中，且經(jīng)相應(yīng)光圖形投射，以調(diào)節(jié)微流體腔內(nèi)的細(xì)胞姿態(tài)和/或位置。

所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)適于采用如實(shí)施例1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

調(diào)整細(xì)胞姿態(tài)的方法包括：在水平面定義細(xì)胞的水平虛擬轉(zhuǎn)軸，且控制細(xì)胞以水平虛擬轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)；即根據(jù)細(xì)胞的位置，投射一矩形光圖形，使該矩形光圖形在光電導(dǎo)層的下端面形成的一明暗交界線（投射處為明片區(qū)域，未投射處為暗片區(qū)域），該明暗交界線垂直向上映射至細(xì)胞，以作為水平虛擬轉(zhuǎn)軸；以及通過(guò)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的等效電偶極矩與矩形光圖形在光電導(dǎo)層形成的虛擬光電極所生成的非均勻電場(chǎng)配合，使細(xì)胞以所述水平虛擬轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)。

本芯片的設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整芯片，能夠更加靈活方便的在多個(gè)自由度上調(diào)整細(xì)胞的姿態(tài)。

具體的，通過(guò)構(gòu)建x軸、y軸平面坐標(biāo)系對(duì)細(xì)胞姿態(tài)控制進(jìn)行詳細(xì)論述，在使用時(shí)，投射光圖形的光源可以但不限于采用激光，以提高入射光功率密度，再通過(guò)數(shù)字微鏡系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)生的明暗光圖形交界面的方向和位置任意改變。由于細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)受明暗交界面位置、方向影響，所以細(xì)胞翻轉(zhuǎn)時(shí)的水平虛擬轉(zhuǎn)軸的方向與光圖形明暗交界面的幾何位置有關(guān)。光圖形的投射方式可以任意設(shè)置，圖4（a）、圖4（b）和圖5（a）、圖5（b）所示了光圖形的兩種特殊投射方式：圖4（a）為光線投射在y軸左側(cè)，明暗分界面為y軸，細(xì)胞此時(shí)繞y軸旋轉(zhuǎn)，圖5(a)為光線投射在x軸下側(cè)，此時(shí)同理可知細(xì)胞繞x軸旋轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)，本芯片設(shè)計(jì)使得細(xì)胞的姿態(tài)調(diào)整極為靈活便捷，能夠在多個(gè)自由度上調(diào)整細(xì)胞的姿態(tài)。所以，這種方法使得細(xì)胞既完成了繞x軸旋轉(zhuǎn)，又完成了繞y軸旋轉(zhuǎn)。

調(diào)整細(xì)胞姿態(tài)的方法還包括：控制細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)。

所述控制細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)的方法包括：根據(jù)細(xì)胞的位置，投射一對(duì)平行光圖形陣列，使光電導(dǎo)層在細(xì)胞兩側(cè)產(chǎn)生一對(duì)平行間斷條狀虛擬光電極；且兩間斷條狀虛擬光電極適于同時(shí)與細(xì)胞的兩側(cè)邊緣相接觸；當(dāng)兩平行光圖形做相向或相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩間斷條狀虛擬光電極帶動(dòng)細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)，即使細(xì)胞繞z軸（垂直于光電導(dǎo)層的平面（x軸、y軸平面坐標(biāo)系）水平轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到三維控制的目的。

如圖6所示，平行間斷條狀虛擬光電極相向運(yùn)動(dòng)，如F1和F2所示，則細(xì)胞順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞沿著z軸旋轉(zhuǎn)，還可以采用圖7（a）和圖7（b）所示的虛擬光電極形式，所述控制細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)的方法包括：根據(jù)細(xì)胞的位置，投射一帶有開(kāi)口的環(huán)狀光圖形，使光電導(dǎo)層產(chǎn)生一帶有開(kāi)口104的環(huán)狀虛擬光電極103以套于細(xì)胞，且所述環(huán)狀虛擬光電極的開(kāi)口寬度小于細(xì)胞直徑；所述開(kāi)口104適于捕獲住細(xì)胞，以使環(huán)狀虛擬光電極跟隨環(huán)狀光圖形轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)細(xì)胞水平旋轉(zhuǎn)，由于細(xì)胞直徑非常小，因此，可以把環(huán)狀虛擬光電極103的中心轉(zhuǎn)軸與細(xì)胞的中心轉(zhuǎn)軸看成是重合的，定義為z軸。

具體的，由于本環(huán)狀虛擬光電極其圓周非對(duì)性，在微粒體腔底部的電場(chǎng)的水平分量會(huì)產(chǎn)生如圖7（a）環(huán)狀虛擬光電極內(nèi)箭頭分布所示，這種圓周非對(duì)稱(chēng)的電場(chǎng)分別將會(huì)在細(xì)胞內(nèi)部誘導(dǎo)出同樣圓周非對(duì)稱(chēng)的偶極矩。當(dāng)環(huán)狀虛擬光電極繞環(huán)中心自旋時(shí)，其內(nèi)部電場(chǎng)的水平分量將展現(xiàn)出圓周方向的旋轉(zhuǎn)特征，于是細(xì)胞在其內(nèi)部偶極矩和旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生自旋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)細(xì)胞受到負(fù)介電泳力作用時(shí)，其會(huì)在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，貼近環(huán)狀虛擬光電極的缺口之后，達(dá)到捕獲細(xì)胞的目的，如圖7（b）所示。

如圖7（c）所示，并且，調(diào)整細(xì)胞的位置的方法包括：通過(guò)環(huán)狀光圖形位移使環(huán)狀虛擬光電極帶動(dòng)細(xì)胞位移，以調(diào)整細(xì)胞的位置。

具體的，通過(guò)環(huán)狀虛擬光電極捕獲細(xì)胞后，細(xì)胞會(huì)跟隨環(huán)狀虛擬光電極移動(dòng)，因此，達(dá)到調(diào)整細(xì)胞位置的目的。

并且，可以在所述環(huán)形光電極對(duì)捕獲住的細(xì)胞進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)細(xì)胞跟隨環(huán)狀虛擬光電極移動(dòng)，一步完成旋轉(zhuǎn)和移位動(dòng)作。

如圖8所示，為用于細(xì)胞繞各軸旋轉(zhuǎn)的縮微光圖形可按照不同的方位在光電導(dǎo)層平面上形成的虛擬光電極陣列，以控制多個(gè)細(xì)胞同時(shí)且獨(dú)立完成姿態(tài)和/或位置調(diào)整。圖8中僅將一個(gè)3×3的光圖形陣列作為一個(gè)示意例子，例舉可以同時(shí)控制9個(gè)細(xì)胞，實(shí)際中可以構(gòu)建出更大規(guī)模的縮微光圖形陣列，且陣列中的每個(gè)縮微光圖形可以單獨(dú)構(gòu)建和控制。圖8中，暗片區(qū)域（3011、3012、3013、3014、3015、3016）分別與明片區(qū)域（3021、3022、3023、3024、3025、3026）之間的交界線沿y軸線方向或者與y軸（或x軸）成一定的夾角。例如，矩形光圖形形成的暗片區(qū)域3012和明片區(qū)域3022形成的明暗交界線都與x軸正方向成一銳角；以及暗片區(qū)域3015和明片區(qū)域3025形成的明暗交界線都與x軸正方向成一鈍角。環(huán)形光電極（1031、1032、1033）可以在不同位置同時(shí)且分別帶動(dòng)細(xì)胞（57、58、59）以不同的速度旋轉(zhuǎn)。此外，細(xì)胞（51、52、53、54、55、56）均可以沿著各自的旋轉(zhuǎn)軸線在不同位置同時(shí)旋轉(zhuǎn)。每個(gè)細(xì)胞在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還可以沿著特定方向，例如F3、F4、F5進(jìn)行移動(dòng)。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其工作方法在目前的微觀顆粒的顯微操作中，實(shí)現(xiàn)了在同一指定位置處實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到微觀顆粒（細(xì)胞）姿態(tài)和位置調(diào)整的目的。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。