專利名稱:利用光陷阱的光蠕動泵浦的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于控制和操作微小粒子，活動質(zhì)量或變形結構的方法和設備。更具體地說，本發(fā)明涉及按照一般方法和復雜方法利用全息光陷阱以控制和操作粒子和大量物質(zhì)的方法和設備。
背景技術：
最好是，光陷阱利用光梯度力以俘獲二維和三維的微米尺度大量物質(zhì)。全息形式光陷阱可以利用計算機產(chǎn)生的衍射光學元件從單個激光束中建立大量光陷阱。這些光陷阱可以排列成任何所需的結構，它取決于當前的需求。
雖然用于精確和相對高可信度移動粒子的系統(tǒng)是眾所周知的，但是，常規(guī)的系統(tǒng)對于粒子運動的每個離散步驟要求投影單獨的全息圖。計算多個全息圖是非常費時的，并要求相當大的計算工作量。此外，實現(xiàn)這種計算機產(chǎn)生光陷阱所需要的計算機尋址投影系統(tǒng)或其他動態(tài)光陷阱系統(tǒng)，例如，掃描光夾子，往往是非常昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的一個目的是提供按照一般方法和復雜方法操作粒子和大量物質(zhì)的一種改進方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供具有高精確度和可信度沿預定路徑移動粒子的一種改進方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于操作粒子和大量物質(zhì)的一種方法，該方法可以免除實現(xiàn)復雜重新排列的計算負擔。
根據(jù)以上的目的，投影這種光陷阱圖形的隨時間變化序列，它可以實現(xiàn)光陷阱的動態(tài)重新配置，其中每個新圖形以足夠小的距離更新每個光陷阱的位置，從而使原始圖形中俘獲的粒子自然地落入到下一個圖形中相應的光陷阱。所以，循環(huán)通過少量預先計算的全息光陷阱圖形，本發(fā)明提供一種用于完成復雜重新排列物質(zhì)的方法?？梢岳脵C械方式實現(xiàn)循環(huán)，從而免除通用全息光陷阱系統(tǒng)的計算復雜性和昂貴費用。



圖1畫出光陷阱簇內(nèi)光陷阱中俘獲的單個粒子，其中虛線表示簇(manifold)的位置；圖2表示單個粒子從第一圖形中的光陷阱簇轉(zhuǎn)移到第二圖形中的光陷阱簇；圖3A-3D表示光蠕動(peristalsis)方法的操作過程；圖4表示利用平行直線的光陷阱簇以便沿著與簇垂直的直線軌道轉(zhuǎn)移粒子；圖5A表示從圖形周圍向曲率中心引導粒子的彎曲簇；而圖5B表示圖5A中描述的圖形如何能夠橫掃粒子進入通道；圖6A表示把一個粒子流分成兩個單獨粒子流的非均勻彎曲簇；而圖6B表示把兩個單獨粒子流合并成單個較大粒子流的非均勻彎曲簇；圖7A表示傳送粒子離開一個區(qū)域的多個同心圓簇；而圖7B傳送粒子進入一個區(qū)域的多個同心圓簇；圖8是響應于施加外場和光蠕動圖形的兩個粒子運動表示；圖9表示第一類型粒子向右傳輸和第二類型粒子向左傳輸?shù)膬杉壒夥蛛x；圖10是利用動態(tài)全息光陷阱實現(xiàn)光蠕動的裝置；圖11表示利用光路系統(tǒng)中透射模式計算機尋址空間光調(diào)制器的動態(tài)全息光陷阱系統(tǒng)；圖12表示以機械方式循環(huán)一系列靜態(tài)計算機產(chǎn)生的衍射光學元件；圖13是利用圓盤周圍上排列的透射型計算機產(chǎn)生衍射光學元件以機械方式循環(huán)光蠕動系統(tǒng)的裝置。
圖14表示多個光陷阱簇俘獲擴展的物體和旋轉(zhuǎn)該物體；和圖15表示利用光陷阱簇俘獲擴展的變形物體。
具體實施方式
光蠕動涉及利用一段時間內(nèi)投射預先計算的全息圖序列以實現(xiàn)大量粒子在大的區(qū)域或選擇區(qū)域上的復雜重新分布。，本發(fā)明光蠕動的重要方面是，粒子從給定圖形上光陷阱的一個簇通過至少兩個中間圖形非特定轉(zhuǎn)移到下一個圖形。術語“圖形”的意思是至少包含一個簇。圖1表示沿直線排列光陷阱24的簇20。每個光陷阱24能夠俘獲所需的粒子22，且光陷阱24之間互相隔開，因此，在沒有落入現(xiàn)有的一個光陷阱24或被光陷阱24中現(xiàn)有粒子阻擋的情況下，粒子22不太可能傳輸通過簇20。圖中的粒子22畫成球狀，但也可以是不規(guī)則的形狀，或者甚至它可以遠遠大于光陷阱24之間的間隔。
光蠕動的操作方法是通過熄滅光陷阱24的簇20而釋放粒子22使它運動。若足夠鄰近地照明光陷阱24的另一個圖形，則粒子22就被新圖形中的一個(或多個)光陷阱24俘獲。在圖3A-3D所示的情況下，圖形在直線23和25上包含兩個簇20。然而，下一個圖形僅包含一個簇，例如，沿直線27上的簇。實際上，粒子22是從第一圖形26中光陷阱24的一個簇20轉(zhuǎn)移到第二圖形28中另一個簇20。圖2表示這種過程的最簡單形式，而圖3A-3D表示更一般的情況。為了實現(xiàn)粒子22的轉(zhuǎn)移，可以首先熄滅第一圖形26；然后照明第二圖形28，其條件是兩個圖形26與28之間的間隔是足夠短，可以防止被俘獲的粒子22在被最鄰近一個光陷阱24俘獲之前“漂移”(出光梯度)。在熄滅第一圖形26之前照明第二圖形28也是另一個可行實施例，但是實施的操作更復雜。
所以，光陷阱的圖形可以包含一個或多個離散光陷阱24的簇20，例如，本發(fā)明一個實施例中的離散夾子(tweezer)。每個簇20可以包含沿一維曲線或直線排列的幾個光陷阱24，如圖1所示，也可以是在二維表面上，或三維體積內(nèi)。由簇20集合構成的光陷阱圖形概念對于觀看光蠕動過程是有用的。
圖3A更詳細地畫出特定圖形的一個簇20上俘獲的一個粒子22，該圖形標記為第一圖形26。第一圖形包括兩個簇50和56。還展示第二熄滅圖形28(這個圖形僅有一個簇)和第三熄滅圖形30(僅有一個簇)中俘獲簇52和54的位置。在第一時間步驟，僅僅照明第一圖形26。在圖3B表示的下一個時間步驟，熄滅第一圖形26和照明第二圖形28。這個動作把粒子22從第一圖形26的第一簇50轉(zhuǎn)移到第二圖形28的鄰近簇52。在圖3C表示的下一個時間增量步驟，熄滅第二圖形28和照明第三圖形30，從而再次轉(zhuǎn)移粒子22，此時轉(zhuǎn)移到第三圖形30上的簇54。在圖3D表示的最后一個時間步驟，熄滅第三圖形30和再次照明第一圖形26。這把粒子22轉(zhuǎn)移到下一個簇56上的第一圖形26。所以，循環(huán)通過中間圖形的序列，光蠕動的產(chǎn)生是由粒子22從光陷阱圖形上一個簇20確定性地轉(zhuǎn)移到相同的第二圖形28上另一個簇20。
在本發(fā)明的最優(yōu)選實施例中，最少需要三個圖形26，28和30，以便從俘獲圖形上的一個簇50確定性地推進粒子22到下一個簇52。若僅僅利用兩個相等間隔的圖形26和28，則粒子22有很大的概率可以前進到下一個簇52或回到初始簇50。在其他一些實施例中，可以利用多于三個圖形26，28和30的圖形沿特定的方向轉(zhuǎn)移粒子22。本領域?qū)I(yè)人員熟知照明和熄滅光陷阱24的各個簇20的方法。
重復地分別循環(huán)通過第一圖形26，第二圖形28和第三圖形30，可以使粒子22按照圖3所示的排列從左到右的運動。相反的順序可以驅(qū)動粒子從右到左。更擴展的圖形是由多個簇20構成，因此，可以在全息光陷阱系統(tǒng)的整個視場內(nèi)來回地轉(zhuǎn)移粒子22。
可以利用各種光蠕動的方法以實現(xiàn)粒子22集合的重新排列。這些方法包括在光陷阱24的圖形內(nèi)改變簇20的連續(xù)曲線形狀。雖然此處詳細描述了單個圖形，本領域?qū)I(yè)人員容易明白和認識到在簇20之間轉(zhuǎn)移所需要的其他中間圖形。在此處描述的例子中，粒子流的方向是由重復的箭頭表示。
圖4表示線性光蠕動泵33的一個圖形26。可以按順序激活這個圖形26中各個簇20之間交叉的兩個或多個圖形(未畫出)，以便從左到右驅(qū)動一個或多個俘獲的粒子22。使順序反向可以從右到左轉(zhuǎn)移粒子22。這個圖形以及此處描述的所有圖形可以沿著任何所需的方向取向。
圖5A和5B表示由彎曲簇20構成的圖形可用于集中粒子流。相反地，沿相反的方向運行該序列可以擴散粒子22。這種能力可用于引導粒子22從開放區(qū)域出來和進入閉合區(qū)域，例如，庫區(qū)。 各個簇20不必有相等的曲率，在特定的情況下改變曲率是有用的。例如，直線泵浦圖形可用于橫掃粒子22進入聚焦模式。兩個簇20之間的各個間隔也不必是相等的。與稀疏排列形式的簇20比較，具有密集排列形式的簇20的圖形區(qū)較緩慢地轉(zhuǎn)移粒子22。密集排列的簇20更容易沿運動方向集中粒子22，而稀疏排列的簇20可用于擴散粒子22。這種方法對于聚焦圖形是特別有益的，它可以避免粒子22在集中時過分地擁擠。
光陷阱24沿簇的分布和密度也可用于控制簇20之間粒子22的流動。例如，光陷阱24可以沿每個簇20有均勻的間隔，并且在從一個簇20到下一個簇和從一個圖形到下一個圖形上對準。在其他一些實施例中，沿簇20和在兩個圖形之間的光陷阱24有更復雜的排列，它可用于控制粒子22沿圖形序列的流動。類似地，改變各個光陷阱24沿圖形中簇20的強度和間隔對于控制粒子22的傳輸也是有用的。
引導粒子22流動的定型簇20也可用于引導粒子22進入任何所需的復雜圖形。圖6A所示的例子表示把一個粒子流22分成兩個粒子流的定型簇20。在沿相反方向運行時，這種圖形可用于把兩個(或多個)粒子流組合成一個粒子流。雖然這種方法不是很有效的，因為一旦多個簇20合并，一個粒子流中的粒子22仍然保持與同一粒子流中其他粒子相鄰，但這種方法仍然是有益的。
圖6B所示的例子表示一種誘導組合粒子流中粒子22混合的方法。這個例子說明圖形中的簇20不必是分離的。這個系統(tǒng)中的圖形包含混合區(qū)中的交叉形式簇20。這種交叉可用于交換初始不同粒子流之間的粒子22。交叉或相交簡單的簇20以形成較復雜的簇20，這種方法把統(tǒng)計元素引入到光蠕動。在每個交叉點附近給予粒子22一個傳輸方向的選擇。各個粒子22選取哪個方向是由序列中一個圖形到下一個圖形切換處的隨機熱力所確定。因此，圖6B所示的交叉可以導致某種程度的混合。
圖7A和7B表示這樣一個例子，閉合形式的簇20圖形可以傳輸粒子22進入或離開一個區(qū)域。究竟圖形是密集或稀疏區(qū)域取決于被投影圖形序列的順序。圖7A的例子用于從一個區(qū)域中清除粒子22，例如，便于測試懸浮流體或測量孤立的粒子22。這種圖形不必是圓形，也不必局限于平面圖形。原則上，三維圖形中的二維形式簇20可用于吸引材料進入一個體積或從一個體積中推出材料。
此外，應當注意，光俘獲與其他外力之間的競爭也是有用的。例如，光俘獲與其他外力之間的競爭對于從某個分布中分離粒子22是特別有用的。作為例子，考慮懸浮在周圍流體中的粒子22。每個粒子22是由本地流場
u(
r)中的粘滯曳力傳送，曳力
f＝γ
u是由它的曳力系數(shù)γ確定。對于粘滯流體η中半徑為α的小球，曳力系數(shù)γ是由公式γ＝6πηα給出，并隨粒子的半徑線性地增大。較大粒子在對抗流動中保持穩(wěn)定所需的力大于較小粒子所需的力。雖然粘滯曳力是外力的一個例子，但是，電場或磁場的其他外力也屬于此處描述的這個若外力小于給定一個光陷阱24的光梯度力，則光蠕動傳送的粒子22運動較大，如以上所描述的。若外力大于光陷阱24的光梯度力，則光蠕動僅可以干擾粒子22在外場中的運動。在圖8所示的理想例子中，與外場驅(qū)動的情況比較，一種類型粒子22被更強地吸引到光陷阱24。在圖8所示的例子中，第一粒子60比第二粒子62更容易被俘獲或受外場的影響較弱。所以，第一粒子60是由光蠕動傳送并可以被收集。第二粒子62更強地受到外場的驅(qū)動并傳輸通過光陷阱24的圖形，或許從它的初始路線轉(zhuǎn)向到某個范圍。
圖8所示實施例中的兩種類型粒子60和62的區(qū)別是由于它們對光陷阱24的親合力或它們對外場的響應，或二者。選取這個圖形中光陷阱24的空間分布，強度和其他特征，就可以分離這些粒子，其選擇性是粒子的不同物理特征所確定。
光分離技術有許多重大的優(yōu)點。光分離發(fā)生在沿電泳中所加外場的方向。光分離可以橫向傳送選取的部分。這意味著光分離可以連續(xù)地運行，而不是每次一批。因為光分離取決于全息光陷阱技術，它可容易地適應不同的分離問題。
例如，利用相同的方法和設備，可以相繼地應用多級光分離。調(diào)諧每一級以提取初始混合多分量樣本的特定比率，就可以把樣本分成多個分量中的每個分量，從而方便地從流動中橫向位移所分類的分量，或許利用以上描述的技術把它們傳送到各個通道或庫區(qū)。
圖9中的實施例包含第二級光分離以建立單個分離級。驅(qū)動粒子22通過該區(qū)域的外力指向下方。圖9中標記為80的第一圖形選取第一類型84的粒子，并移動這些粒子轉(zhuǎn)向右側(cè)，但不收集第二類型86的粒子。標記為部分82的第二級分離的特征是更強或具有更密集排列的光陷阱24，它能夠偏離外力轉(zhuǎn)向第二類型86的粒子22。如圖9所示，這第二級圖形82向左傳送，仍進一步增大部分84與86之間的間隔。雖然兩級分離在概念上是獨立的，但它們可以是單個圖形的光陷阱簇20。這個過程可以推廣到包括多級分離和結合轉(zhuǎn)移分離粒子進行收集。
如上所述，光蠕動是重復地循環(huán)通過光陷阱圖形序列。圖10和11中以示意圖方式表示的動態(tài)全息系統(tǒng)是通用的實施裝置。在這種情況下，計算機尋址空間光調(diào)制器102建立實現(xiàn)給定圖形光陷阱114所需要的激光束104配置，其中把所需的相位調(diào)制編碼到輸入激光束100的波前上。原則上，這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)任何的光陷阱圖形序列，因此，可以實現(xiàn)任何的光蠕動模式。然而在實際上，空間光調(diào)制器102有物理限制，例如，空間分辨率，它限制編碼圖形的復雜性。此外，這種空間光調(diào)制器102的成本往往很高。
在圖10所示的實施例中，可以利用動態(tài)全息光陷阱114完成光蠕動，圖10是一個典型的實施裝置。輸入激光束100從計算機尋址空間光調(diào)制器(SLM)102的表面上反射。SLM 102把計算機產(chǎn)生的相移圖形編碼到激光束100的波前上，從而把該光束分成一個或多個獨立的激光束104，每個激光束104是從SLM 102面上中心點107射出。透鏡108和110中繼這些激光束104中的每個激光束到高NA物鏡112后孔徑中心處的共軛點112。這個物鏡112把每個激光束104聚焦到獨立的光陷阱114，此處為了簡單化，圖10中僅畫出一個光陷阱。分色反射鏡116反射俘獲光到物鏡112，而允許成像照明光傳輸通過，從而使圖像是由被俘獲粒子形成。更新SLM 102編碼的相位調(diào)制可以出現(xiàn)新的光陷阱114圖形。按照這種方式循環(huán)通過光蠕動圖形序列以實現(xiàn)相應的光蠕動過程。因為這個系統(tǒng)可以利用軟件進行重新配制，它代表光蠕動的通用實施裝置。在圖11所示的另一個實施例中，動態(tài)全息光陷阱系統(tǒng)在光路中利用透射模式的計算機尋址空間光調(diào)制器200，其他的配置與圖10類似。循環(huán)通過俘獲圖形的序列，這個系統(tǒng)也可用于實現(xiàn)光蠕動。
實現(xiàn)光蠕動不必要求動態(tài)全息光陷阱系統(tǒng)提供的普遍性和重新配置能力。取而代之的是，實現(xiàn)光蠕動最好利用能夠投影(小的)靜止圖形序列的全息光陷阱系統(tǒng)。最簡單的優(yōu)選形式是，利用機械方式實現(xiàn)光蠕動，它是循環(huán)通過相位圖形序列以實現(xiàn)全息光陷阱圖形的相應序列。圖12表示一個特別有用的實施例。如圖12所示，實現(xiàn)特定光蠕動過程所需的相位圖形編碼成反射型衍射光學元件304，306和308的表面起伏。這些光學元件304，306和308安裝到棱鏡300的表面上，每個光學元件是由電機302旋轉(zhuǎn)到位。使電機反向旋轉(zhuǎn)就使圖形的序列反向，因此使光蠕動的方向反向。利用電機302旋轉(zhuǎn)棱鏡300使每個圖形對著輸入激光束，因此，對齊的衍射光學元件304，306和308所產(chǎn)生的衍射光束都建立光陷阱114。使電機302逐步前進按順序通過每個圖形就可以實現(xiàn)光蠕動。如果需要，可以采用有多于三個圖形的棱鏡。
安裝一系列固定的反射型衍射光學元件304，306和308到旋轉(zhuǎn)棱鏡300表面上，在全息光陷阱方法中可以有其他的用途。類似地，透射型衍射光學元件404，406，408和410可以放置在圓盤312的周圍，并旋轉(zhuǎn)成如圖13所示的光束100或成為連續(xù)的反射光脈沖。除了光蠕動之外，這種情況還有潛在的應用。例如，在圖13中，旋轉(zhuǎn)每個衍射光學元件404，406，408和410以形成連續(xù)光脈沖，從而可以投影光蠕動序列中的一個圖形。
可以制造這樣的靜態(tài)反射型或透射型衍射光學元件，其特征尺寸減小到衍射極限，這些衍射光學元件可以有基本連續(xù)的相位編碼，因此，可以實現(xiàn)比空間光調(diào)制器更復雜的各種俘獲圖形?？梢杂煤艿偷某杀旧a(chǎn)這種元件，且不需要利用計算機進行操作。通過改變棱鏡或衍射光學元件的圓盤，可以改變這種系統(tǒng)中的圖形序列。在這個意義上，這種實施裝置不如基于計算機尋址空間光調(diào)制器的實施裝置那樣通用。
因為僅僅需要少量預先計算的衍射光學元件以實現(xiàn)光蠕動，所以，也可以利用可交換相位光柵。這種方法的優(yōu)點是，例如，不需要可能偏離對準和磨損的活動部件，沒有可能造成振動并輻射雜散電場和磁場的電機，以及降低功率要求和減小體積。
在薄膜介質(zhì)上編碼高質(zhì)量相位全息圖可以實現(xiàn)相當于片環(huán)上的光蠕動。允許高速循環(huán)通過大量衍射光學元件，片基全息光陷阱實施裝置可以具有光蠕動之外的應用。
光蠕動也可用于粒子和其他物質(zhì)，例如，生物細胞，它大于光蠕動圖形中各個光陷阱之間的實際間隔。類似地，也可以利用光蠕動操作諸如蛋白質(zhì)，DNA或分子的物質(zhì)。通過平移“釘床(bed ofnails)”，仍可以移動釘床光俘獲圖形上俘獲的大物體。然而，不是確定單個俘獲區(qū)，光蠕動圖形可以建立大的陷阱場，適合于固定任何地方找到的大物體。如上所述，利用小的位移更新圖形可以位移整個物體。潛在的應用包括把擴展樣本平移到它可以接受測試的區(qū)域，旋轉(zhuǎn)被檢查的物體，或可控地使物體變形。例如，在圖14的實施例中，圖14表示俘獲擴展物體80的光陷阱簇20。更新有簇20的圖形，往往可以旋轉(zhuǎn)擴展物體80。類似地，圖15表示俘獲擴展變形物體82的光陷阱簇20。物體82被較密集光陷阱區(qū)強烈地俘獲，以及在隨后的圖形中向外移動這些區(qū)域可以拉伸物體82。
每個光蠕動序列完成一個具體的操作。在某些應用中，要求完成一系列光蠕動操作，該系列的順序取決于以前操作的結果。例如，光蠕動可用于移動活細胞進入顯微鏡視場中心用于可重現(xiàn)的觀察。然后，第二序列可以旋轉(zhuǎn)該細胞到達所需的取向。然后，第三序列可以實施具體的測試?；谠摐y試的結果，可以選取附加的光蠕動序列以收集細胞或進行處理?？梢灶A先計算這些序列中的每個序列，從而免除全息光陷阱系統(tǒng)中的大部分計算負擔。類似地，光蠕動操作的不同子序列可以合并到單個程序中，其中第一子序列可以把粒子分成兩個或多個不同的粒子流，第二子序列可以從特定位置分散粒子，第三子序列可以把兩個獨立的粒子流混合成單個粒子流，第四子序列可以把多個粒子集中到粒子區(qū)，而且還可以按照各種其他的方法使粒子從一個圖形“運動”到另一個圖形。以上所描述的子序列各種組合可以合并成單個程序，利用此處描述的各種類型光梯度，可以根據(jù)需要按順序和/或同時利用這些子序列。因為實現(xiàn)任何一個序列需要非常少的衍射光學元件，只需要對建議的實施裝置作適度的考慮，就可以在這種多級操作的可用序列集合中進行選取。
此外，實踐本發(fā)明也可以不利用常規(guī)理解的光陷阱，可以要求特定的光梯度以控制粒子。例如，可以建立多個確定性光梯度，并把它們合并到上述的多個簇和圖形中。這些確定性光梯度的作用是按順序“控制”或抑制特定位置中的各個粒子足夠長的時間以產(chǎn)生光蠕動效應，而不必形成光陷阱。換句話說，重復地循環(huán)通過第一圖形，第二圖形和第三圖形的確定性光梯度，可以使各個粒子沿指定的路徑運動。確定性光梯度的意思是，所加的條件足以獲得理想的結果，而不僅僅是獲得成功的概率。
雖然我們已展示和描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領域?qū)I(yè)人員應當明白，在不偏離以下權利要求
書給出更寬的本發(fā)明范圍，可以進行各種變化和改進。
權利要求
1.一種在光陷阱簇之間轉(zhuǎn)移粒子的方法，包括以下步驟提供一個激光束；把該激光束分成多個輔助激光束；聚焦輔助激光束以建立多個光陷阱；提供包含多個按順序排列的簇的第一圖形，第二圖形和第三圖形，每個簇至少包括激光束的一個光陷阱，其中第一圖形，第二圖形和第三圖形是這樣排列的，包括每個圖形的簇被每個其他圖形的簇分隔開；和在熄滅前一個圖形之后，利用間隔足夠接近的激光束順序照明和熄滅每個圖形，以便從一個簇俘獲和轉(zhuǎn)移粒子到相鄰的簇，其中俘獲和轉(zhuǎn)移粒子使粒子從圖形上的一個簇傳輸?shù)较嗤瑘D形上的相鄰簇。
2.按照權利要求
1的方法，其中每個圖形中的簇是基本互相平行對準的，且其中粒子的傳輸沿著與每個圖形中簇垂直的大致直線軌道。
3.按照權利要求
1的方法，其中每個圖形中簇有曲率半徑，且其中粒子的傳輸大致沿著朝向每個簇曲率中心的軌道。
4.按照權利要求
1的方法，其中多個粒子的轉(zhuǎn)移是跨越每個簇。
5.按照權利要求
4的方法，其中每個簇是按照同心圓方式排列的，以便使多個粒子集中到特定區(qū)域或使多個粒子從特定區(qū)域散開。
6.按照權利要求
4的方法，還包括步驟加外場到多個粒子中的每個粒子，其中利用激光束順序照明和熄滅每個圖形，從而改變至少一些粒子相對于僅僅存在外場時這些粒子所取方向的方向。
7.按照權利要求
6的方法，其中所加外場的作用是，當粒子從一個簇傳輸?shù)较乱粋€緊鄰簇時，可以不改變至少一些粒子的方向。
8.按照權利要求
4的方法，其中粒子是大于每個簇上各個光陷阱之間實際間隔的部分質(zhì)量，且其中粒子從一個簇到下一個緊鄰簇的運動導致該質(zhì)量的實際變形。
9.按照權利要求
4的方法，其中粒子是大于每個簇上各個光陷阱之間實際間隔的部分質(zhì)量，且其中粒子從一個簇到下一個緊鄰簇的運動導致該質(zhì)量的實際旋轉(zhuǎn)。
10.按照權利要求
1的方法，其中粒子包括部分的生物介質(zhì)。
11.一種利用激光束操作多個粒子的方法，包括以下步驟提供一個激光束；把該激光束分成多個輔助激光束；聚焦輔助激光束以建立多個光陷阱；提供多個交織圖形，每個交織圖形至少包括一個簇，每個簇至少包含一個該激光束的光陷阱，該簇的位置與其他圖形中簇相鄰；在熄滅前一個圖形之后，利用間隔足夠接近的激光束順序照明和熄滅每個圖形，以便俘獲多個粒子中的一個粒子，其中該粒子是從一個圖形上的簇傳輸?shù)较噜彽拇亍?br>12.按照權利要求
11的方法，其中多個粒子至少包括部分的生物介質(zhì)。
13.按照權利要求
11的方法，其中多個粒子大于每個簇上各個光陷阱之間的實際間隔，且其中粒子在跨越每個簇時的運動導致多個粒子的實際旋轉(zhuǎn)。
14.按照權利要求
11的方法，其中多個粒子大于每個簇上各個光陷阱之間的實際間隔，且其中每個粒子在跨越每個簇時的運動導致多個粒子的實際變形。
15.按照權利要求
11的方法，其中每個簇是基本互相平行對準的，且其中多個粒子的傳輸沿著與每個簇垂直的大致直線軌道。
16.按照權利要求
11的方法，其中每個簇有曲率半徑，且其中多個粒子的傳輸大致沿著朝向每個簇曲率中心的軌道。
17.一種用于操作多個粒子的設備，包括把一個激光束分成多個輔助激光束，輔助激光束建立多個光陷阱；包含多個按順序排列的簇的第一圖形，第二圖形，和第三圖形，每個簇包括由激光束形成的光陷阱，其中第一圖形，第二圖形，和第三圖形是這樣排列的，每個圖形中的簇被每個其他圖形中的簇分隔開；和在熄滅前一個圖形之后，利用間隔足夠接近的激光束順序照明和熄滅每個圖形的裝置，用于從一個簇俘獲和轉(zhuǎn)移粒子到下一個鄰近簇，且其中粒子的俘獲和轉(zhuǎn)移使該粒子從第一圖形上的一個簇傳輸?shù)较嗤瑘D形上的另一個簇。
18.按照權利要求
17的設備，其中粒子是大于每個簇上各個光陷阱之間實際間隔的部分多個粒子，且其中粒子從一個簇到下一個緊鄰簇的運動導致多個粒子的實際變形。
19.按照權利要求
17的設備，其中粒子是大于每個簇上各個光陷阱之間實際間隔的部分多個粒子，且其中粒子從一個簇到下一個緊鄰簇的運動導致多個粒子的實際旋轉(zhuǎn)。
20.按照權利要求
17的設備，其中粒子在從一個岐管傳輸?shù)较乱粋€緊鄰岐管時的方向被加到該粒子上的外場所改變。
21.按照權利要求
17的設備，其中粒子在從一個岐管傳輸?shù)较乱粋€緊鄰岐管時的方向沒有被加到該粒子上的外場所改變。
22.按照權利要求
17的設備，其中粒子包括部分的生物介質(zhì)。
23.按照權利要求
17的設備，其中每個圖形中岐管是基本互相平行對準的，且其中粒子的傳輸沿著與每個圖形垂直的大致直線軌道。
24.按照權利要求
17的設備，其中每個圖形中岐管有曲率半徑，且其中粒子的傳輸大致沿著朝向每個岐管曲率中心的軌道。
25.按照權利要求
17的設備，其中多個岐管是這樣排列的，順序照明和熄滅每個圖形可以把多個粒子分成至少兩組粒子。
26.按照權利要求
17的設備，其中多個岐管是這樣排列的，順序照明和熄滅每個圖形可以把多個粒子組合成單組粒子。
27.一種在確定性光梯度的簇之間轉(zhuǎn)移粒子的方法，包括以下步驟提供一個激光束；聚焦該激光束以建立多個確定性光梯度；提供包含多個按順序排列的岐管的第一圖形，第二圖形和第三圖形，每個岐管至少包括該激光束的一個光梯度，其中第一圖形，第二圖形和第三圖形是這樣排列的，包括每個圖形的岐管被每個其他圖形上岐管分隔開；和在熄滅前一個圖形之后，利用間隔足夠接近的激光束順序照明和熄滅每個圖形，以便從一個簇俘獲和轉(zhuǎn)移各個粒子到鄰近的簇，其中每個粒子的俘獲和轉(zhuǎn)移是每個粒子從一個圖形上的一個岐管傳輸?shù)较嗤瑘D形上的相鄰岐管。
28.按照權利要求
27的方法，其中多個粒子大于每個岐管上各個光梯度之間的實際間隔，且其中每個粒子在跨越每個岐管時的運動導致多個粒子的實際旋轉(zhuǎn)。
29.按照權利要求
27的方法，其中多個粒子大于每個岐管上各個光梯度之間的實際間隔，且其中每個粒子在跨越每個岐管時的運動導致多個粒子的實際變形。
30.按照權利要求
27的方法，其中多個岐管是這樣排列的，順序照明和熄滅每個圖形可以把多個粒子分成至少兩組粒子。
31.按照權利要求
27的方法，其中多個岐管是這樣排列的，順序照明和熄滅每個圖形可以把多個粒子組合成單組粒子。
32.按照權利要求
27的方法，其中多個粒子中至少部分粒子在從一個岐管傳輸?shù)骄o鄰岐管時的方向被加上的外場所改變。
33.按照權利要求
32的方法，其中多個粒子中至少部分粒子在從一個岐管傳播到緊鄰岐管時的方向沒有被加上的外場所改變。
34.按照權利要求
27的方法，其中多個確定性光梯度中至少一個光梯度包括光陷阱。
專利摘要
一種用于全息光陷阱或光梯度的方法，其中重復循環(huán)少量正確設計的光陷阱陣列用于一般和非常復雜的操作粒子和大量物質(zhì)。材料的傳輸是類似于蠕動泵浦的過程，其中全息方式確定俘獲或保持簇的序列類似于物理蠕動泵的各個狀態(tài)。
文檔編號G21K1/00GKCN1529646SQ02814236
公開日2004年9月15日 申請日期2002年6月6日
發(fā)明者戴維·G·格瑞爾, 戴維 G 格瑞爾, 奧爾格 貝赫瑞恩, 斯文·奧爾格·貝赫瑞恩 申請人:芝加哥大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan