本發(fā)明涉及微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：
對(duì)從納米到毫米級(jí)別的微小顆粒，如微球、DNA、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等的三維定位和旋轉(zhuǎn)是現(xiàn)在物理、化學(xué)和生物研究領(lǐng)域中非?；A(chǔ)的一項(xiàng)操作。三維定位微小顆粒的方法很多，但是三維旋轉(zhuǎn)微小顆粒的裝置和方法還很少見(jiàn)。在所見(jiàn)的文獻(xiàn)技術(shù)中，對(duì)微小顆粒繞單一軸的旋轉(zhuǎn)報(bào)道較多，對(duì)微小顆粒繞三軸(也即三維)的旋轉(zhuǎn)很少。相關(guān)技術(shù)中，對(duì)微小顆粒的旋轉(zhuǎn)，常用的技術(shù)例如介電泳(DEP)、光誘導(dǎo)介電泳(ODEP)、光鑷(Opticaltweezers)、磁場(chǎng)、以及機(jī)械式旋轉(zhuǎn)等。然而，在相關(guān)技術(shù)中，三維旋轉(zhuǎn)方法的使用具有很大的限制，例如有限的旋轉(zhuǎn)速度和角度范圍，有限的能旋轉(zhuǎn)的顆粒種類(lèi)等，沒(méi)有很好地解決對(duì)微小顆粒在空間上進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)的技術(shù)難題，導(dǎo)致對(duì)微小顆粒的觀察和操作出現(xiàn)誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不精確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種能實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，更加有利于對(duì)微小顆粒的觀察和操作的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置，包括：絕緣基底；多個(gè)周向電極，所述多個(gè)周向電極間隔開(kāi)地設(shè)置在所述絕緣基底的上表面上，所述多個(gè)周向電極之間形成有類(lèi)空腔結(jié)構(gòu)；以及底部電極，所述底部電極設(shè)置在所述絕緣基底的上表面上且位于所述類(lèi)空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述底部電極在垂直于所述絕緣基底的上表面的方向上的高度低于所述多個(gè)周向電極的高度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置，在絕緣基底的上表面上設(shè)置的多個(gè)周向電極和底部電極，從而解決對(duì)微小顆粒在空間上進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，更加有利于對(duì)微小顆粒的觀察和操作，提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置還可以具有如下附加的技術(shù)特征：在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述底部電極在垂直于所述絕緣基底的上表面的方向上的高度低于所述多個(gè)周向電極的高度至少1μm。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)周向電極沿與所述絕緣基底的上表面垂直的方向設(shè)置。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)周向電極為四個(gè)，且兩兩相對(duì)設(shè)置。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述底部電極可以為多個(gè)。本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出的一種基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法，包括以下步驟：將微小顆粒裝入類(lèi)空腔結(jié)構(gòu)中；分別對(duì)多個(gè)周向電極中所有或者部分周向電極施加電壓，并根據(jù)施加電壓的周向電極控制所述底部電極保持浮置或者接地，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述微小顆粒的三維旋轉(zhuǎn)操作。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法，在絕緣基底的上表面上設(shè)置的多個(gè)周向電極和底部電極，從而解決對(duì)微小顆粒在空間上進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，更加有利于對(duì)微小顆粒的觀察和操作，提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述底部電極在垂直于絕緣基底的上表面的方向上的高度低于所述多個(gè)周向電極的高度至少1μm。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述方法還包括：根據(jù)所述施加電壓控制所述底部電極連接至直流恒壓電源。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)周向電極沿與所述絕緣基底的上表面垂直的方向設(shè)置。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)周向電極為四個(gè)，且兩兩相對(duì)設(shè)置。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述底部電極可以為多個(gè)。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。附圖說(shuō)明本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的周向電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的底部電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的周向電極和底部電極配合形成的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法的流程圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的核心電極的俯視示意圖；圖7為當(dāng)四個(gè)周向電極被施加交流電壓時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)于電極圍成的腔內(nèi)中心的某一點(diǎn)，沿z軸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)示意圖；圖8為當(dāng)四個(gè)周向電極被施加交流電壓時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)于電極圍成的腔內(nèi)中心的某一點(diǎn)，沿y軸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)示意圖；以及圖9為對(duì)牛卵母細(xì)胞進(jìn)行繞z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。下面在描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置及其控制方法之前，先來(lái)簡(jiǎn)單描述一下相關(guān)技術(shù)中的微小顆粒的旋轉(zhuǎn)操作。早期的技術(shù)主要是介電泳。介電泳技術(shù)需要利用器件產(chǎn)生非均勻的電場(chǎng)，任何顆粒，自身不需帶電，即可以在電場(chǎng)作用下其內(nèi)部形成等量的正負(fù)電荷聚集區(qū)，這些電荷區(qū)在非均勻電場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生介電泳力或介電泳力矩，前者讓顆粒直線運(yùn)動(dòng)，后者讓顆粒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了讓顆粒持續(xù)旋轉(zhuǎn)，需要將電極合理布置，并對(duì)電極施加合理的交流電壓或者直流電壓，以在電極構(gòu)成的腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電場(chǎng)。該技術(shù)在理論上的研究已經(jīng)比較透徹，比較經(jīng)典的文獻(xiàn)參見(jiàn)HolzapfelC,VienkenJ,ZimmermannU(1982)Rotationofcellsinanalternatingelectricfield:Theoryandexperimentalproof.JournalofMembraneBiology67:13–26。和HuangY,HolzelR,PethigRWangXB(1992)DifferencesintheACelectrodynamicsofviableandnon-viableyeastcellsdeterminedthroughcombineddielectrophoresisandelectrorotationstudies.PhysMedBiol37:1499。但是最大的問(wèn)題是，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)均只是繞單一軸的，尚未見(jiàn)有使用介電泳技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)的報(bào)道。最近的研究表明，使用光照，也能引起稱(chēng)為光誘導(dǎo)介電泳的ODEP現(xiàn)象。由此，ODEP也被用于顆粒旋轉(zhuǎn)，它與DEP的最大區(qū)別就是用光照在光敏電極上產(chǎn)生需要的電壓，從而無(wú)需給光敏電極施加外來(lái)電壓。雖然如此，它最大的缺點(diǎn)是光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電壓強(qiáng)度不夠產(chǎn)生力矩來(lái)旋轉(zhuǎn)尺寸較大的顆粒，如10μm級(jí)別以上的。且器件上部被光敏電極封閉，人為形成使用障礙。如LiangYL,HuangYP,LuYS,HouMT,YehJA(2010)Cellrotationusingoptoelectronictweezers.Biomicrofluidics4:043003.這篇文章通過(guò)對(duì)透明ITO電極上照射光，引起電勢(shì)變化，利用此電勢(shì)產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)旋轉(zhuǎn)酵母細(xì)胞。因光照功率的限制，它并不能旋轉(zhuǎn)尺寸在10μm級(jí)別以上的顆粒，且只能實(shí)現(xiàn)單一軸的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，器件上方需要一塊ITO電極用于顆粒旋轉(zhuǎn)，形成封閉的旋轉(zhuǎn)腔體，不利于顆粒裝入和旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)顆粒的接觸式或非接觸式操作，這種形成封閉旋轉(zhuǎn)空間阻止外部接觸顆粒的器件結(jié)構(gòu)是一大缺點(diǎn)。ChauL-H,LiangW,CheungFWK,LiuWK,LiWJ,etal.(2013)Self-RotationofCellsinanIrrotationalACE-FieldinanOpto-ElectrokineticsChip.PLoSONE8(1):e51577.此文章類(lèi)似于biomicrofluidics文章，都使用光誘導(dǎo)介電泳opticaldielectrophoresis(ODEP)，不過(guò)此技術(shù)不依靠旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)中細(xì)胞為什么能旋轉(zhuǎn)的機(jī)制尚不明朗，所適用的顆粒種類(lèi)還未明確，且也只能單軸旋轉(zhuǎn)。通過(guò)光場(chǎng)直接產(chǎn)生的力矩也可以旋轉(zhuǎn)顆粒，這種技術(shù)通常叫做光鑷。在激光的聚光點(diǎn)處，顆粒在光束內(nèi)會(huì)產(chǎn)生力矩，這個(gè)力矩帶動(dòng)顆粒旋轉(zhuǎn)。但是通常，因?yàn)榧す馐酃恻c(diǎn)較小，產(chǎn)生的力矩也較小，通常小于1萬(wàn)pNnm，旋轉(zhuǎn)納米級(jí)別的顆粒，進(jìn)行高空間分辨率的旋轉(zhuǎn)是合適的。但是，對(duì)于旋轉(zhuǎn)較大尺寸的微米級(jí)顆粒，這類(lèi)技術(shù)相對(duì)來(lái)講能力有限。如ZijieYan,JulianSweet,JustinE.Jureller,MasonJ.Guffey,MatthewPelton,andNorbertF.Scherer,ControllingthePositionandOrientationofSingleSilverNanowiresonaSurfaceUsingStructuredOpticalFields,ACSNano,6(9),8144-8155,2012.這篇文章使用結(jié)構(gòu)光場(chǎng)，通過(guò)光力來(lái)控制銀納米線的位置和取向。該技術(shù)使用的是基于光場(chǎng)的光力，雖然有一定的旋轉(zhuǎn)能力，但是旋轉(zhuǎn)也局限于一個(gè)軸，且旋轉(zhuǎn)對(duì)象尺寸在納米級(jí)別。限于較低的光力，對(duì)于旋轉(zhuǎn)更大如微米級(jí)別的顆粒，光場(chǎng)并不是一種很有效的方法。BraulioGutiérrez-Medina,JohanO.L.Andreasson,WilliamJ.Greenleaf,ArthurLaPorta,andStevenM.Block,Anopticalapparatusforrotationandtrapping,MethodsEnzymol.475,377–404,2010.這篇文章使用光鑷的原理，其實(shí)也類(lèi)似于前面文章的原理。該技術(shù)也僅限于繞單一軸的旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)力矩小于1萬(wàn)pNnm，也僅能旋轉(zhuǎn)納米級(jí)的顆粒，如DNA分子。Europeanpatent,OPTICALROTATIONOFMICROSCOPICPARTICLES,EP1344432B1，該專(zhuān)利使用光鑷，也僅限于獲得繞單一軸的旋轉(zhuǎn)。ArthurLaPortaandMichelleD.Wang,OpticalTorqueWrench:AngularTrapping,Rotation,andTorqueDetectionofQuartzMicroparticles,PhysicalReviewLetters,92(19),190801,2004.該文章所報(bào)告的技術(shù)也是利用光線來(lái)獲得繞單一軸的旋轉(zhuǎn)，所演示的是針對(duì)1μm級(jí)別尺寸的各向異性的石英顆粒的旋轉(zhuǎn)。為了防止光鑷中聚集的激光點(diǎn)作用在顆粒如細(xì)胞上時(shí)對(duì)顆粒的損傷，研究人員也嘗試了使用光鑷來(lái)間接旋轉(zhuǎn)顆粒。如FumihitoArai,ToshiakiEndo,RyujiYamuchi,ToshioFukuda,3D6DOFManipulationofMicro-objectUsingLaserTrappedMicrotool,Proceedingsofthe2006IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,Orlando,Florida,1390-1395,May2006.這篇文章使用光鑷操作微球，讓微球與被旋轉(zhuǎn)的顆粒直接接觸；或者當(dāng)顆粒懸浮在溶液中時(shí)，通過(guò)攪動(dòng)顆粒周?chē)芤寒a(chǎn)生的流體力來(lái)旋轉(zhuǎn)顆粒。首先，該方法如果要獲得三維旋轉(zhuǎn)，需要復(fù)雜的光路系統(tǒng)來(lái)控制微球，因此只是給出了三維旋轉(zhuǎn)的概念，并沒(méi)有演示多軸旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；此外，旋轉(zhuǎn)的角度也有限，不能實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的速度也受限制。使用接觸式方法來(lái)旋轉(zhuǎn)，對(duì)于表面具有粘性和彈性的顆粒，會(huì)對(duì)其形態(tài)產(chǎn)生影響。而如果采用攪動(dòng)溶液的方法，無(wú)法有效控制旋轉(zhuǎn)的速度和角度。對(duì)于磁性顆粒，也可以外加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)旋轉(zhuǎn)顆粒。如CharlieGosseandVincentCroquette,Magnetictweezers:micromanipulationandforcemeasurementatthemolecularlevel,BiophysicalJournal,82,3314-3329,June2002.這篇文章使用6塊垂直布置的電磁鐵(electromagnets)柱，這些柱子沿圓周排列，當(dāng)磁珠位于電磁鐵柱中間的腔體時(shí)，可以被電磁力移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)。該技術(shù)雖然可以旋轉(zhuǎn)顆粒，但是顆粒必須帶有磁性，且也只實(shí)現(xiàn)了繞單一軸(豎直軸)的轉(zhuǎn)動(dòng)。ElbezR,McNaughtonBH,PatelL,PientaKJ,KopelmanR(2011)NanoparticleInducedCellMagneto-Rotation:MonitoringMorphology,StressandDrugSensitivityofaSuspendedSingleCancerCell.PLoSONE6(12):e28475.doi:10.1371/journal.pone.0028475.這篇文章介紹了一種侵入式旋轉(zhuǎn)細(xì)胞的技術(shù)。該技術(shù)需要對(duì)細(xì)胞轉(zhuǎn)染(embedded)上30nm的磁性納米珠，這樣具有磁性的細(xì)胞置入旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。該技術(shù)也僅實(shí)現(xiàn)了單一軸的旋轉(zhuǎn)，且需要將外部納米磁珠裝入細(xì)胞內(nèi)部，雖然實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)納米磁珠對(duì)細(xì)胞活力有負(fù)面影響，但是對(duì)于某些無(wú)法裝入磁珠的顆粒，此技術(shù)將無(wú)能為力。機(jī)械接觸式旋轉(zhuǎn)則大大不同于在宏觀世界里對(duì)較大物體的旋轉(zhuǎn)那么簡(jiǎn)單直接。如C.Leung,Z.Lu,X.P.Zhang,andY.Sun,"Three-dimensionalrotationofmouseembryos,"IEEETrans.BiomedicalEngineering,Vol.59,pp.1049-56,2012.這篇文章用視覺(jué)控制的方法加上自動(dòng)化操作，使用玻璃吸管，通過(guò)機(jī)械接觸的方式對(duì)在溶液中的細(xì)胞進(jìn)行吸、放的重復(fù)過(guò)程，直到細(xì)胞的感興趣的部分對(duì)準(zhǔn)需要的角度。這種技術(shù)雖然具有三維旋轉(zhuǎn)細(xì)胞的能力，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成功率最高只能90％，對(duì)細(xì)胞并不是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，吸、放過(guò)程費(fèi)時(shí)。因?yàn)樗婕暗绞褂靡曈X(jué)系統(tǒng)觀察細(xì)胞的特征，對(duì)于視覺(jué)特征不明顯的顆粒，通用性會(huì)很差。本發(fā)明正是基于上述問(wèn)題，而提出了一種基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置與一種基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法。下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置及其控制方法，首先將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置。參照?qǐng)D1所示，該操作裝置包括：絕緣基底(圖中未示出)、多個(gè)周向電極(例如圖中所示的周向電極201、周向電極202、周向電極203和周向電極204)和底部電極200。其中，多個(gè)周向電極間隔開(kāi)地設(shè)置在絕緣基底的上表面上，多個(gè)周向電極之間形成有類(lèi)空腔結(jié)構(gòu)。底部電極200設(shè)置在絕緣基底的上表面上且位于類(lèi)空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)，底部電極200在垂直于絕緣基底的上表面的方向上的高度低于多個(gè)周向電極的高度。需要說(shuō)明的是，類(lèi)空腔結(jié)構(gòu)指上部敞開(kāi)，四周可以有空隙，并不是全封閉式的空腔，其中，為了描述方便，參照?qǐng)D1所示，以下簡(jiǎn)稱(chēng)空腔100。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，底部電極在垂直于絕緣基底的上表面的方向上的高度低于多個(gè)周向電極的高度至少1μm。本發(fā)明實(shí)施例的操作裝置可以解決對(duì)微小顆粒在空間上進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，更加有利于對(duì)微小顆粒的觀察和操作，提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)周向電極沿與絕緣基底的上表面垂直的方向設(shè)置。具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的操作裝置的最核心部分包括底部電極200和一系列繞底部電極周?chē)贾玫摹⒈鹊撞侩姌O高的周向電極。底部電極200和周向電極必須在電氣上絕緣，同時(shí)多個(gè)周向電極之間也必須在電氣上絕緣。周向電極和底部電極200形成一個(gè)敞口的空腔100，置于此空腔100內(nèi)的顆粒能夠通過(guò)電極施加的電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)。其中，電極與外接電源相連，在空腔100內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的操作裝置擁有一個(gè)敞開(kāi)的空腔100，該空腔100提供了裝置與顆粒交互的界面，在空腔100內(nèi)的顆粒，在旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下，實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，顆粒的尺度范圍在微米到厘米級(jí)別，材料不限，類(lèi)型不限，但是典型的類(lèi)型包括微米珠(microbeads)、細(xì)胞、細(xì)胞內(nèi)亞結(jié)構(gòu)(cellorganelles)、DNA、蛋白質(zhì)、微小動(dòng)物例如秀麗隱桿線蟲(chóng)等。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，該操作裝置可以在空氣中使用，可以在真空中使用，可以完全浸沒(méi)在溶液中使用。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D1所示，多個(gè)周向電極可以為四個(gè)，且兩兩相對(duì)設(shè)置。另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，底部電極200可以為多個(gè)。其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)電極可以指的是一整塊導(dǎo)電物質(zhì)，如果多塊導(dǎo)電物質(zhì)通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)或半導(dǎo)體相互連接在一起則也可以理解為指一個(gè)電極。其中，每一個(gè)電極的形狀可以是規(guī)則或不規(guī)則的任意幾何形狀，且在每一個(gè)方向上的有效尺寸在1μm-10cm之間，以及電極與外接電源相連，在空腔100內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。進(jìn)一步地，周向電極和底部電極200位于同一塊絕緣基底即絕緣基底上，其中，絕緣基底可以是絕緣體，也可以是非絕緣體，可以是透明材料，也可以是非透明材料。另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，周向電極指包含有一定高度(1μm以上)的電極，周向電極在豎直方向上的外輪廓并非一定需要垂直于水平面，外輪廓形狀可以是規(guī)則或不規(guī)則的任意幾何形狀，且周向電極的個(gè)數(shù)最少是兩個(gè)，可以是三個(gè)、四個(gè)、一直到一百個(gè)，甚至更多。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，底部電極200的形狀可以是規(guī)則或不規(guī)則的任意幾何形狀，厚度從納米級(jí)別到厘米級(jí)別，且底部電極200的個(gè)數(shù)最少是一個(gè)，也可以是多于一個(gè)即多個(gè)。需要注意的是，周向電極必須高于底部電極的上表面1μm以上。另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電極材料可以是任意的導(dǎo)電物質(zhì)，且底部電極200可以是透明材料，也可以是非透明材料。在本發(fā)明的實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例在空間上布置至少2個(gè)周向電極和至少1個(gè)底部電極，且各電極必需通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞剑缦嗷シ蛛x、或者通過(guò)絕緣體連接等方式，實(shí)現(xiàn)相互絕緣，以便施加獨(dú)立的互不影響的電壓。另外，本發(fā)明實(shí)施例必需對(duì)電極組合施加合適的電壓(包括電壓的幅度、角頻率和初相位)，以在腔體中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)進(jìn)而旋轉(zhuǎn)在腔內(nèi)的顆粒。此外，電極的幾何形狀和尺寸決定了腔內(nèi)瞬時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度在空間上的分布，且為減小旋轉(zhuǎn)中需要的電壓幅度，電極的幾何形狀和尺寸可以通過(guò)建模仿真進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)一步地，為獲得更加精確的旋轉(zhuǎn)角度，電極的數(shù)目也可以加以調(diào)整，通過(guò)建模仿真進(jìn)行優(yōu)化，并且為能控制旋轉(zhuǎn)的速度，可以通過(guò)調(diào)整施加的電壓幅度、角頻率和初相位來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)使用透明電極作為底部電極，可以允許使用者在顯微鏡下通過(guò)透射光觀察顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒成像和操作，如果用戶對(duì)底部電極的透明性沒(méi)有要求，也可以使用非透明電極。進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例可以在單一器件上，復(fù)用電極實(shí)現(xiàn)三軸旋轉(zhuǎn)，且本發(fā)明實(shí)施例的腔體敞開(kāi)，在實(shí)現(xiàn)x軸或y軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，并沒(méi)有像傳統(tǒng)技術(shù)那樣需要使用上表面電極而形成封閉的腔體，這樣就提供了一個(gè)無(wú)障礙的顆粒-腔體界面，大大便利了顆粒的裝入，以及顆粒旋轉(zhuǎn)中和完畢后的后續(xù)操作，特別是接觸式操作。進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)非接觸方式來(lái)旋轉(zhuǎn)顆粒，避免了對(duì)顆粒造成機(jī)械損傷，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)精巧易變形的生物細(xì)胞三維旋轉(zhuǎn)具有特別的優(yōu)勢(shì)。使用中，無(wú)需對(duì)顆粒添加任何附著物(如表面或內(nèi)部連接磁珠)，既節(jié)省了成本，也控制了原材料消耗和對(duì)環(huán)境的影響。另外，本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，使用方便，易于與現(xiàn)有的x-y-z位移臺(tái)集成使用，構(gòu)成完整的x-y-z位移和角度控制系統(tǒng)，成為一種通用性更強(qiáng)的基本的顆粒操作工具。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明實(shí)施例的操作裝置包括數(shù)個(gè)(本發(fā)明實(shí)施例以4個(gè)為例)周向電極和數(shù)個(gè)(本發(fā)明實(shí)施例以1個(gè)為例)底部電極。周向電極201、周向電極202、周向電極203和周向電極204之間互相絕緣，周向電極201、周向電極202、周向電極203、周向電極204和底部電極200也相互絕緣，電極之間形成一個(gè)敞口的腔，對(duì)顆粒的三維旋轉(zhuǎn)即在此空腔100內(nèi)實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)顆粒繞z軸的旋轉(zhuǎn)，在對(duì)各周向電極施加電壓的同時(shí)，保持底部電極200的浮置，在腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)繞z軸的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)將驅(qū)動(dòng)顆粒在腔內(nèi)繞z軸旋轉(zhuǎn)，其中，某個(gè)電極浮置意味著該電極不與任何電壓源連接。為實(shí)現(xiàn)顆粒繞x軸的旋轉(zhuǎn)，對(duì)周向電極202和周向電極204以及底部電極200施加電壓，保持其它電極的浮置，在腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)繞x軸的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)將驅(qū)動(dòng)顆粒在腔內(nèi)繞x軸旋轉(zhuǎn)。同理，為實(shí)現(xiàn)顆粒繞y軸的旋轉(zhuǎn)，對(duì)周向電極201和2周向電極03以及底部電極200施加電壓，保持其它電極的浮置，在腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)繞y軸的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)將驅(qū)動(dòng)顆粒在腔內(nèi)繞y軸旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，底部電極200、周向電極201、周向電極202、周向電極203、周向電極204的個(gè)數(shù)、形狀、尺寸、材料和制作是可以按需調(diào)整、靈活使用的，整個(gè)器件的結(jié)構(gòu)和制作也可以有多個(gè)變體。擁有個(gè)數(shù)更多的電極，可以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的角度控制。對(duì)電極施加交替直流電場(chǎng)，可以替代連續(xù)交流電場(chǎng)。此外，底部電極200、周向電極201、周向電極202、周向電極203、周向電極204的形狀并不僅限于前述形狀，可以是任何規(guī)則或不規(guī)則形狀。本發(fā)明實(shí)施例限定電極在每一個(gè)方向上的有效尺寸在1μm-10cm。下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的制作方法。其中，制作的方式有很多種，下面舉例一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，以便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置進(jìn)行理解。該制作方法單獨(dú)制作周向電極和底部電極，然后把兩部分裝配到一起構(gòu)成一個(gè)整體，以組成基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置。具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D2所示，多個(gè)周向電極制作方法包括以下步驟：S1，將一導(dǎo)電介質(zhì)與一片非導(dǎo)電介質(zhì)300緊密固定在一起，非導(dǎo)電介質(zhì)300可以用有機(jī)玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(簡(jiǎn)稱(chēng)PC)、塑料或樹(shù)脂等。S2，使用合適的加工工具，穿透導(dǎo)電介質(zhì)及非導(dǎo)電介質(zhì)300，在中心制作出一個(gè)空腔305，即圖1所示的空腔100。S3，在空腔305的四個(gè)角落處開(kāi)始切割把整個(gè)導(dǎo)電介質(zhì)切分成四塊，形成四個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)電介質(zhì)作為周向電極301、周向電極302、周向電極303、周向電極304，即為圖1所述的周向電極201、周向電極202、周向電極203、周向電極204。根據(jù)上述步驟制作完成周向電極。其中，各部件的實(shí)際尺寸并不按照?qǐng)D中比例。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D3所示，底部電極200的制作方法包括以下步驟：S11，將絕緣基底400洗凈并干燥，絕緣基底400可選透明玻璃片。S12，利用光刻加工方法在基底上形成一層透明導(dǎo)體401，如氧化銦錫(ITO)。S13，在透明導(dǎo)體之上對(duì)應(yīng)于底部電極之外的地方形成一層絕緣層402，如氧化鋅(ZnO)。此絕緣層402也可以使用其它任何絕緣材料，只要把底部電極401即圖1所示的底部電極200露出來(lái)即可，也就是在底部電極上方形成一個(gè)微腔403。根據(jù)上述步驟制作完成底部電極，其中，各部件的實(shí)際尺寸并不按照?qǐng)D中比例。進(jìn)一步地，參照?qǐng)D4所示，把多個(gè)周向電極和底部電極401小心地對(duì)齊，以底部電極401匹配于四個(gè)周向電極中間為標(biāo)準(zhǔn)，并把多個(gè)周向電極和底部電極401兩者緊密固定在一起。其中讓孔腔305和微腔403對(duì)齊即可實(shí)現(xiàn)周向電極301、周向電極302、周向電極303、周向電極304與底部電極401絕緣。另外，對(duì)四個(gè)周向電極和底部電極401加上引腳，以便對(duì)電極施加外部電壓。在使用操作裝置時(shí)，可以把此裝置完全或部分浸沒(méi)于溶液中，或者置于空氣中。通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞桨杨w粒裝入器件腔體中，然后對(duì)電極施加外部電壓，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒的三維旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置，在絕緣基底的上表面上設(shè)置的多個(gè)周向電極和底部電極，從而基于介電泳原理，底部透明，上部敞開(kāi)，電極高度集成復(fù)用，通過(guò)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)顆粒繞三個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)，解決對(duì)微小顆粒在空間上進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)的技術(shù)難題，與顆粒無(wú)需機(jī)械式接觸，屬于非侵入式操作，更加有利于對(duì)微小顆粒的觀察和操作，提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。下面參照附圖描述根據(jù)上述發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法。圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法的流程圖。參照?qǐng)D5所示，該控制方法包括以下步驟：S501，將微小顆粒裝入類(lèi)空腔結(jié)構(gòu)中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞桨杨w粒裝入器件腔體中，且微小顆粒的尺度在微米到厘米級(jí)別，微小顆粒的類(lèi)型包括微米珠、細(xì)胞、細(xì)胞內(nèi)亞結(jié)構(gòu)、DNA、蛋白質(zhì)、微小動(dòng)物。S502，分別對(duì)多個(gè)周向電極中所有或者部分周向電極施加電壓，并根據(jù)施加電壓的周向電極控制底部電極保持浮置或者接地，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)微小顆粒的三維旋轉(zhuǎn)操作。其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該控制方法還包括：根據(jù)施加電壓控制底部電極連接至直流恒壓電源。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，底部電極在垂直于絕緣基底的上表面的方向上的高度低于多個(gè)周向電極的高度至少1μm。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)周向電極沿與絕緣基底的上表面垂直的方向設(shè)置。其中，周向電極為一整塊導(dǎo)電物質(zhì)或多塊導(dǎo)電物質(zhì)通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)或半導(dǎo)體相互連接在一起，由多塊導(dǎo)電物質(zhì)形成周向電極時(shí)，周向電極之間在電氣上絕緣。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)周向電極為四個(gè)，且兩兩相對(duì)設(shè)置。其中，周向電極的個(gè)數(shù)可以為2-100個(gè)，下面實(shí)施例以四個(gè)周向電極進(jìn)行詳細(xì)描述。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，底部電極為多個(gè)。其中，底部電極的個(gè)數(shù)至少為1個(gè)。另外，電極材料可以是任意的導(dǎo)電物質(zhì)，底部電極可以是透明材料，也可以是非透明材料。具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的控制方法對(duì)底部電極、周向電極施加的電壓為交流電壓或是直流電壓。在實(shí)現(xiàn)繞z軸的旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)周向電極同時(shí)施加交流電壓或者對(duì)周向電極交替施加直流電壓，保持底部電極浮置，在腔內(nèi)產(chǎn)生繞z軸的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。其中，交流電壓的振幅50V以下，角頻率最高達(dá)到1010rad/s，各周向電極的初相位依次增加。為實(shí)現(xiàn)反方向的旋轉(zhuǎn)，需要調(diào)整各周向電極的初相位使腔內(nèi)產(chǎn)生反向的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。在實(shí)現(xiàn)繞y軸的旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)以y-z平面對(duì)稱(chēng)的周向電極施加初相位不同的交流電壓或交替施加直流電壓，保持底部電極接地或者連接到直流恒壓源，保持其它周向電極浮置，在腔內(nèi)產(chǎn)生繞y軸的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。其中，交流電壓的振幅50V以下，角頻率最高達(dá)到1010rad/s。為實(shí)現(xiàn)反方向的旋轉(zhuǎn)，需要調(diào)整各周向電極的初相位使腔內(nèi)產(chǎn)生反向的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。在實(shí)現(xiàn)繞x軸的旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)以x-z平面對(duì)稱(chēng)的周向電極施加初相位不同的交流電壓或交替施加直流電壓，保持底部電極接地或者連接到直流恒壓源，保持其它周向電極浮置，在腔內(nèi)產(chǎn)生繞x軸的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。其中，交流電壓的振幅50V以下，角頻率最高達(dá)到1010rad/s。為實(shí)現(xiàn)反方向的旋轉(zhuǎn)，需要調(diào)整各周向電極的初相位使腔內(nèi)產(chǎn)生反向的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。其中，在本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)周向電極和底部電極施加電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)在空腔內(nèi)的顆粒產(chǎn)生三維旋轉(zhuǎn)。該方法屬于非接觸式旋轉(zhuǎn)，且無(wú)需給顆粒連接任何外來(lái)物質(zhì)，也屬于非侵入式旋轉(zhuǎn)。對(duì)電極施加的電壓可以是交流電壓，也可以是直流電壓，但是必須在空腔內(nèi)產(chǎn)生三維旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。對(duì)不同軸的旋轉(zhuǎn)需要對(duì)不同的電極組合施加電壓，并保持某些電極浮置。另外，通過(guò)調(diào)整輸入電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸中任一軸的正、反兩方向的旋轉(zhuǎn)。該方法在施加電壓時(shí)旋轉(zhuǎn)顆粒，停止施加電壓后顆粒可停止旋轉(zhuǎn)。具體地，為實(shí)現(xiàn)對(duì)微小顆粒的三維旋轉(zhuǎn)，如上所述，本發(fā)明實(shí)施例至少需要2個(gè)周向電極和1個(gè)底部電極。其中，電極的個(gè)數(shù)、形狀可以隨意，尺寸和材料也可以按需調(diào)整。圖6為4個(gè)周向電極和1個(gè)底部電極的俯視圖，參照?qǐng)D1和圖6說(shuō)明具體實(shí)施方式。為實(shí)現(xiàn)繞z軸的某一方向上的旋轉(zhuǎn)，周向電極201、周向電極202、周向電極203、周向電極204可交替施加直流電壓或者連續(xù)施加交流電壓Vi＝V0sin(ωt+Φi)(i＝1，2，3，4，對(duì)應(yīng)于相鄰電極的編號(hào))。為了解釋上的方便，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)對(duì)所有電極連續(xù)施加交流電壓，且交流電壓振幅(V0)和角頻率(ω)相同。但是實(shí)際上具體實(shí)施中每個(gè)電極上的電壓振幅和角頻率也是可以有所差別的。V0的具體數(shù)值可根據(jù)旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)速度來(lái)確定，取決于腔的大小、顆粒的物理特性、顆粒周?chē)慕橘|(zhì)等等諸多因素，一般可以在100V以下。角頻率的范圍很廣，可以達(dá)到1010rad/s。初相位可以簡(jiǎn)單地取為Φi＝(i-1)π/2，也就是每?jī)蓚€(gè)相鄰電極的初相位差別為π/2。這個(gè)值在具體實(shí)施中也是可以調(diào)整的。在實(shí)現(xiàn)繞z軸的旋轉(zhuǎn)時(shí)，底部電極200保持浮置。參照?qǐng)D7所示，對(duì)四個(gè)電極施加交流電壓時(shí)，在一個(gè)電壓周期內(nèi)，在四個(gè)電極內(nèi)形成的腔內(nèi)的中心點(diǎn)處可以明顯觀察到繞z軸旋轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，此電場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)場(chǎng)內(nèi)的顆粒旋轉(zhuǎn)。對(duì)同一顆粒繞z軸的另一方向上的旋轉(zhuǎn)可以簡(jiǎn)單地僅僅通過(guò)交換周向電極202和周向電極204的初相位來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是交換周向電極202和周向電極204的交流電壓源。為實(shí)現(xiàn)顆粒繞y軸的某一方向上的旋轉(zhuǎn)，周向電極201、周向203和底部電極200要施加電壓，底部電極200接地或者接到一個(gè)直流源上，周向電極202、周向204此時(shí)浮置。周向電極201和周向203上的交流電壓可分別為V0sin(ωt)和V0sin(ωt+π/2)。當(dāng)然這兩電極施加交流電場(chǎng)的初相位也可以是別的值，并非局限于這里的0和π/2。參照?qǐng)D8所示，為兩個(gè)周向電極和底部電極200施加相應(yīng)的電壓時(shí)，在一個(gè)電壓周期內(nèi)，在四個(gè)電場(chǎng)內(nèi)形成的腔內(nèi)的中心點(diǎn)處可以明顯觀察到繞y軸旋轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，此電場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)場(chǎng)內(nèi)的顆粒旋轉(zhuǎn)。對(duì)同一顆粒繞y軸的另一方向上的旋轉(zhuǎn)可以簡(jiǎn)單地僅僅交換周向電極201和周向電極203的初相位來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是交換周向電極201和周向電極203的交流電壓源。為實(shí)現(xiàn)顆粒繞x軸的某一方向上的旋轉(zhuǎn)，周向電極202、周向204和底部電極200要施加電壓，底部電極200接地或者接到一個(gè)直流源上，周向電極201、周向203此時(shí)浮置。周向電極202和周向204上的交流電壓可分別為V0sin(ωt)和V0sin(ωt+π/2)。當(dāng)然這兩電極施加交流電場(chǎng)的初相位也可以是別的值，并非局限于這里的0和π/2。對(duì)同一顆粒繞x軸的另一方向上的旋轉(zhuǎn)可以簡(jiǎn)單地僅僅交換周向電極202和周向電極204的初相位來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是交換周向電極201和周向電極203的交流電壓源。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D9所示，圖9顯示了對(duì)牛卵母細(xì)胞進(jìn)行z軸旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)效果。在實(shí)驗(yàn)中，周向電極的高度為500μm，腔體為正方形，邊長(zhǎng)為750μm，牛卵母細(xì)胞尺寸為120μm，器件和牛卵母細(xì)胞均浸沒(méi)在溶液中，外加交流電壓振幅在50V以下，角頻率在30K-300000Krad/秒，細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)速度觀察為6-150度/秒。其中，a為0秒時(shí)細(xì)胞所在角度。b為9秒時(shí)細(xì)胞所在角度。c為14秒時(shí)細(xì)胞所在角度。d為22秒時(shí)細(xì)胞所在角度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于介電泳的微小顆粒三維旋轉(zhuǎn)的操作裝置的控制方法，在絕緣基底的上表面上設(shè)置的多個(gè)周向電極和底部電極，從而基于介電泳原理，底部透明，上部敞開(kāi)，電極高度集成復(fù)用，通過(guò)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)顆粒繞三個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)，解決對(duì)微小顆粒在空間上進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)的技術(shù)難題，與顆粒無(wú)需機(jī)械式接觸，屬于非侵入式操作，更加有利于對(duì)微小顆粒的觀察和操作，提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。流程圖中或在此以其他方式描述的任何過(guò)程或方法描述可以被理解為，表示包括一個(gè)或更多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過(guò)程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時(shí)的方式或按相反的順序，來(lái)執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認(rèn)為是用于實(shí)現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實(shí)現(xiàn)在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備(如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用。就本說(shuō)明書(shū)而言，"計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲(chǔ)、通信、傳播或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用的裝置。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個(gè)或多個(gè)布線的電連接部(電子裝置)，便攜式計(jì)算機(jī)盤(pán)盒(磁裝置)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，只讀存儲(chǔ)器(ROM)，可擦除可編輯只讀存儲(chǔ)器(EPROM或閃速存儲(chǔ)器)，光纖裝置，以及便攜式光盤(pán)只讀存儲(chǔ)器(CDROM)。另外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的介質(zhì)，因?yàn)榭梢岳缤ㄟ^(guò)對(duì)紙或其他介質(zhì)進(jìn)行光學(xué)掃描，接著進(jìn)行編輯、解譯或必要時(shí)以其他合適方式進(jìn)行處理來(lái)以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方式中，多個(gè)步驟或方法可以用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如果用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，和在另一實(shí)施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項(xiàng)或他們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)：具有用于對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門(mén)電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門(mén)電路的專(zhuān)用集成電路，可編程門(mén)陣列(PGA)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)等。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。此外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。另外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤(pán)或光盤(pán)等。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。