本發(fā)明涉及光電鑷，尤其涉及一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)。

背景技術：

1、光電鑷系統(tǒng)是一種利用光照射捕獲、操縱和測量微觀粒子(如原子、分子、細胞等)的技術。光電鑷系統(tǒng)可以用來捕獲和操縱細胞、病毒、細菌以及細胞內(nèi)的細胞器和細胞組分等。它允許操作者在不接觸樣本的情況下進行操作，從而減少了對樣本的損傷和污染。光電鑷技術可以與微流控技術結(jié)合，實現(xiàn)高通量的目標分選、分離和處理。這種集成系統(tǒng)可以用于細胞篩選、藥物遞送和生物傳感等領域。傳統(tǒng)的光電鑷系統(tǒng)，需要搭配信號發(fā)生器，投影光源，顯微鏡等結(jié)構(gòu)，集成化程度不高，這些設備的單獨存在導致了以下問題：

2、系統(tǒng)復雜性高：傳統(tǒng)系統(tǒng)需要多個設備共同運行，涉及顯微鏡成像、光斑投影和信號控制等功能模塊，各模塊之間聯(lián)動復雜；

3、操作難度大：使用者需要分別控制多個設備，如顯微系統(tǒng)的聚焦、光投影路徑的調(diào)節(jié)及電信號的設置，增加了操作負擔和時間成本；

4、集成度低：傳統(tǒng)光電鑷系統(tǒng)通常依賴獨立設備的物理連接，設備之間缺乏統(tǒng)一的控制接口，難以滿足現(xiàn)代生物實驗高通量、自動化的需求。

5、隨著生命科學和生物技術的發(fā)展，對微觀粒子的精準操控需求日益增加。例如，細胞篩選、藥物遞送和生物傳感等應用領域要求光電鑷技術能夠在提高效率的同時，降低對樣本的損傷和污染風險。因此，開發(fā)一種高度集成、操作簡便且功能強大的光電鑷系統(tǒng)成為迫切需求。

6、為此我們提出一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)來解決現(xiàn)有的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對背景技術中存在的問題，提出一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，包括相機、成像筒鏡、合束鏡、投影系統(tǒng)、熒光模塊、物鏡轉(zhuǎn)盤、電動xyz平臺、信號發(fā)生系統(tǒng)和控制模塊，所述相機用于捕捉顯微系統(tǒng)的成像光束，所述成像筒鏡用于將顯微物鏡下的被拍攝物成像到相機，所述合束鏡用于投射顯微成像光束并反射投影光束；

3、所述投影系統(tǒng)包括led光源、準直透鏡組、復眼透鏡、透鏡組、反射鏡、陣列反射鏡組、棱鏡和投影筒鏡，其作用是產(chǎn)生投影光束，其投影面與顯微鏡的被拍攝面重合，通過控制投影系統(tǒng)的投影可以將物鏡下任意區(qū)域產(chǎn)生亮斑，能夠在顯微鏡物鏡下投影形成可控光斑；

4、所述熒光模塊用于產(chǎn)生明場照明光束和熒光光束，所述物鏡轉(zhuǎn)盤通過電機驅(qū)動，物鏡轉(zhuǎn)盤上安裝了不同倍率的物鏡，實現(xiàn)物鏡的自動切換，在一般光電鑷操作時，常用4x、10x、20x物鏡；

5、所述電動xyz平臺用于固定生物芯片，實現(xiàn)對芯片的三維精確定位，其中xy運動的作用是對生物芯片的不同部位進行拍攝或光電鑷操作，z運動的作用是找到物鏡的合適對焦平面；

6、所述生物芯片用于承載樣品，通過電動xyz平臺實現(xiàn)顯微成像及光電鑷操作，所述信號發(fā)生系統(tǒng)通過導線連接生物芯片，輸出幅值小于v、頻率小于mhz的正弦波或方波信號，所述控制模塊包括控制模塊和控制模塊，分別用于相機圖像處理、投影系統(tǒng)控制，以及電動xyz平臺、物鏡轉(zhuǎn)盤和信號發(fā)生系統(tǒng)的精確控制，兩個控制模塊通過通信接口連接。

7、優(yōu)選的，所述投影系統(tǒng)中的陣列反射鏡組具有on和off兩個反射方向，通過系統(tǒng)的控制，把on反射方向的光，反射到后續(xù)顯微系統(tǒng)，將off反射方向的光，反射到特定位置消光。

8、優(yōu)選的，所述控制模塊通過自動對焦算法調(diào)節(jié)電動xyz平臺的z軸位置，使系統(tǒng)對焦，并通過圖像識別算法生成光斑投影路徑，完成目標細胞的光電鑷操作。

9、優(yōu)選的，所述熒光模塊通過電機控制實現(xiàn)明場與熒光模式的切換，并可調(diào)節(jié)熒光強度及相機的曝光時間。

10、優(yōu)選的，所述電動xyz平臺通過控制z軸定位物鏡轉(zhuǎn)盤的焦平面，并通過xy軸移動實現(xiàn)對生物芯片不同區(qū)域的成像與操作。

11、優(yōu)選的，所述控制模塊通過hdmi接口將生成的光斑圖像以特定頻率發(fā)送至投影系統(tǒng)，實現(xiàn)動態(tài)光電鑷操作。

12、優(yōu)選的，所述信號發(fā)生系統(tǒng)可實時調(diào)節(jié)輸出波形的頻率、振幅及波形種類，以適應不同實驗需求。

13、優(yōu)選的，所述投影系統(tǒng)的led光源為單色光，所述準直透鏡組其作用是將出射的光束變?yōu)槠叫泄馐?，所述復眼透鏡其作用是將光束分割成若干個小光束，所述透鏡組為兩個透鏡組成的透鏡組，其作用是將的每個小單元成像到所述陣列反射鏡組表面，所述反射鏡其作用是折疊光路，所述棱鏡其作用是折疊光路，所述投影筒鏡其作用是將陣列反射鏡組出射的光，以合適的倍率投影到物鏡下。

14、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

15、本發(fā)明提出了一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過多模塊集成設計和精密控制，顯著提升了操作效率和適用性，其有益效果包括：

16、高集成化設計：系統(tǒng)集成了顯微鏡成像、光斑投影、熒光檢測和信號發(fā)生功能，將傳統(tǒng)分散的設備集中于一體，通過兩個控制模塊，對系統(tǒng)的各部分進行了控制，實現(xiàn)了一個系統(tǒng)完成光電鑷操作和熒光操作，通過合適的控制流程，實現(xiàn)了對光電鑷操作的控制和熒光操作的控制；

17、模塊化控制：系統(tǒng)采用兩個獨立控制模塊，分別實現(xiàn)相機圖像處理、光投影控制以及電動xyz平臺和信號發(fā)生系統(tǒng)的精密操作，各模塊之間通過通信接口實現(xiàn)高效協(xié)作；

18、操作簡便：利用自動對焦算法與圖像識別技術，系統(tǒng)能夠快速定位目標細胞并生成光斑路徑，減少了用戶的操作負擔，提升了實驗的自動化程度；

19、多功能性：系統(tǒng)支持光電鑷操作與熒光檢測功能的無縫切換，可廣泛應用于細胞捕獲、操控、分離、藥物篩選及生物傳感等領域；

20、精準操控與高效實驗：電動xyz平臺支持三維精確定位，結(jié)合動態(tài)光斑投影與可調(diào)電信號施加，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標細胞的高精度操控和快速實驗。

技術特征：

1.一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，包括相機(101)、成像筒鏡(102)、合束鏡(103)、投影系統(tǒng)(104)、熒光模塊(105)、物鏡轉(zhuǎn)盤(106)、電動xyz平臺(107)、信號發(fā)生系統(tǒng)(109)和控制模塊，其特征在于：所述相機(101)用于捕捉顯微成像光束，所述成像筒鏡(102)用于將顯微物鏡下的被拍攝物成像到相機(101)，所述合束鏡(103)用于投射顯微成像光束并反射投影光束，所述投影系統(tǒng)(104)包括led光源(201)、準直透鏡組(202)、復眼透鏡(203)、透鏡組(204)、反射鏡(205)、陣列反射鏡組(206)、棱鏡(207)和投影筒鏡(208)，能夠在顯微鏡物鏡下投影形成可控光斑，所述熒光模塊(105)用于產(chǎn)生明場照明光束和熒光光束，所述物鏡轉(zhuǎn)盤(106)通過電機驅(qū)動，安裝多個倍率的物鏡，實現(xiàn)物鏡的自動切換，所述電動xyz平臺(107)用于固定生物芯片(108)，實現(xiàn)對芯片的三維精確定位，所述生物芯片(108)用于承載樣品，通過電動xyz平臺(107)實現(xiàn)顯微成像及光電鑷操作，所述信號發(fā)生系統(tǒng)(109)通過導線連接生物芯片(108)，輸出幅值小于30v、頻率小于5mhz的正弦波或方波信號，所述控制模塊包括控制模塊1和控制模塊2，分別用于相機(101)圖像處理、投影系統(tǒng)(104)控制，以及電動xyz平臺(107)、物鏡轉(zhuǎn)盤(106)和信號發(fā)生系統(tǒng)(109)的精確控制，兩個控制模塊通過通信接口連接。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，其特征在于：所述投影系統(tǒng)(104)中的陣列反射鏡組(206)具有on和off兩個反射方向，通過系統(tǒng)的控制，把on反射方向的光，反射到后續(xù)顯微系統(tǒng)，將off反射方向的光，反射到特定位置消光。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，其特征在于：所述控制模塊通過自動對焦算法調(diào)節(jié)電動xyz平臺(107)的z軸位置，使系統(tǒng)對焦，并通過圖像識別算法生成光斑投影路徑，完成目標細胞的光電鑷操作。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，其特征在于：所述熒光模塊(105)通過電機控制實現(xiàn)明場與熒光模式的切換，并可調(diào)節(jié)熒光強度及相機(101)的曝光時間。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，其特征在于：所述電動xyz平臺(107)通過控制z軸定位物鏡轉(zhuǎn)盤(106)的焦平面，并通過xy軸移動實現(xiàn)對生物芯片(108)不同區(qū)域的成像與操作。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，其特征在于：所述控制模塊通過hdmi接口將生成的光斑圖像以特定頻率發(fā)送至投影系統(tǒng)(104)，實現(xiàn)動態(tài)光電鑷操作。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，其特征在于：所述信號發(fā)生系統(tǒng)(109)可實時調(diào)節(jié)輸出波形的頻率、振幅及波形種類，以適應不同實驗需求。

8.根據(jù)權利要求2所述的一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)，其特征在于：所述投影系統(tǒng)(104)的led光源(201)為單色光，所述準直透鏡組(202)其作用是將201出射的光束變?yōu)槠叫泄馐?，所述復眼透鏡(203)其作用是將光束分割成若干個小光束，所述透鏡組(204)為兩個透鏡組成的透鏡組，其作用是將203的每個小單元成像到所述陣列反射鏡組(206)表面，所述反射鏡(205)其作用是折疊光路，所述棱鏡(207)其作用是折疊光路，所述投影筒鏡(208)其作用是將陣列反射鏡組(206)出射的光，以合適的倍率投影到物鏡下。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及光電鑷技術領域，尤其涉及一種實現(xiàn)光電鑷操作的系統(tǒng)。其技術方案包括：相機、成像筒鏡、合束鏡、投影系統(tǒng)、熒光模塊、物鏡轉(zhuǎn)盤、電動XYZ平臺、信號發(fā)生系統(tǒng)和控制模塊，相機通過成像筒鏡捕捉顯微物鏡成像光束，合束鏡用于投射顯微光束并反射投影光束；投影系統(tǒng)由LED光源、陣列反射鏡組等組成，在物鏡下投影可控光斑；熒光模塊切換明場和熒光模式；物鏡轉(zhuǎn)盤自動切換倍率；電動XYZ平臺固定并定位生物芯片；信號發(fā)生系統(tǒng)輸出控制芯片的電信號；控制模塊分為控制相機、投影與電機的兩部分，協(xié)同完成光電鑷操作。本發(fā)明實現(xiàn)了一個系統(tǒng)完成光電鑷操作和熒光操作，通過合適的控制流程，實現(xiàn)了對光電鑷操作的控制和熒光操作的控制。

技術研發(fā)人員：刁健,謝海南,謝偉
受保護的技術使用者：追光生物科技（深圳）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/22