Способ перемещения непрозрачных микрообъектов



Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов
Способ перемещения непрозрачных микрообъектов

 


Владельцы патента RU 2488905:

Учреждение Российской академии наук Институт систем обработки изображений РАН (ИСОИ РАН) (RU)

Изобретение относится к области оптической микроскопии и оптической микроманипуляции. Согласно способу перемещения группы непрозрачных микрообъектов формируют световой пучок с замкнутыми областями нулевой интенсивности из нескольких пучков. Сначала используют три соосных пучка Бесселя нулевого порядка с разными константами распространения, формируя устойчивый пучок в форме круглого пятна. Затем эти пучки располагают в пространстве так, чтобы образовать одну или несколько замкнутых областей для захвата и перемещения непрозрачных микрочастиц. Технический результат - повышение производительности за счет возможности автоматизации процесса. 11 ил.

 

Изобретение относится к области оптической микроскопии и оптической микроманипуляции.

Одно из применений устройств, которые обычно называют "оптический пинцет" (optical tweezer), - перемещение и сборка элементов микромеханики специально сформированным световым пучком. Световой пучок за счет градиентных сил в пучке света перемещает одиночный или группу микрообъектов специальной формы (US патент 7622710, МПК G01B 21/06, опубл. 24.11.2009 г, US патент 6995351, МПК G01N 30/00, опубл. 11.08.2005 г., US патент 7678222, МПК G03H 1/00, опубл. 28.12.2006 г.).

Недостатком всех указанных методов вращения является вихревой характер световых пучков для захвата непрозрачных микрообъектов. Это вызывает ненужное при перемещении вращение микрообъекта.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ перемещения микрообъектов, заключающийся в формировании вихревого светового пучка (US патент 6995351, МПК G01N 30/00, опубл. 11.08.2005 г.).

Главным недостатком этого способа является наличие вращающих микрообъект сил, что затрудняет сборку микромеханических систем этим методом и автоматизацию процесса сборки.

В основу изобретения поставлена задача - повысить производительность за счет возможности автоматизации процесса.

Указанная задача достигается тем, что в способе перемещения группы непрозрачных микрообъектов, заключающимся в формировании светового пучка с замкнутыми областями нулевой интенсивности, согласно изобретению световой пучок формируют из нескольких пучков, сначала используют три соосных пучка Бесселя нулевого порядка с разными константами распространения, формируя устойчивый пучок в форме круглого пятна, затем эти пучки располагают в пространстве так, чтобы образовать одну или несколько замкнутых областей для захвата и перемещения непрозрачных микрочастиц.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что используется суперпозиция нескольких пучков Бесселя 0-го порядка, что позволяет формировать группу трехмерных оптических ловушек для непрозрачных микрообъектов без ограничения расстояния между ловушками и без полярного градиента фазы в каждой отдельной ловушке. Таким образом, убирается недостаток группы ловушек в виде обычных вихревых пучков, которые невозможно сближать на расстояние, меньшее их собственного диаметра, и которые вдобавок при захвате микрообъекта начинают его вращать.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемым решениям соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена оптическая схема устройства, реализующая способ.

Устройство состоит из твердотельного лазера с длиной волны 532 нм и максимальной средней мощностью 500 мВт, поворотного зеркала 2 и полупрозрачного зеркала системы освещения, дифракционного оптического элемента 4, кюветы с микрообъектами 5, изображающего микрообъектива 6, поворотного зеркала 7 изображающей системы, CCD видеокамеры 8, управляющего компьютера 9, лампы осветителя 10, конденсатора осветителя 11, фокусирующего микрообъектива 12.

Световая ловушка для непрозрачных микрообъектов в англоязычных научных статьях обычно называется optical "bootle" (оптическая «бутылка») или light "bootle" (световая «бутылка»). Предлагается для создания группы оптических «бутылок» использовать суперпозицию пучков (мод) Бесселя, имеющих разные параллельные друг другу оси распространения.

Способ осуществляется следующим образом.

На изготовленный дифракционный оптический элемент посылается пучок когерентного света с лазера. После дифракции на элементе формируется замкнутая по трем координатам двойная оптическая ловушка фиг.11.

Как видно из фиг.11, двойная световая ловушка начинает формироваться на расстоянии 775 мм от элемента и замыкается на расстоянии 975 мм. При фокусировке указанным на фиг.1 микрообъективом продольная длина такой ловушки составляет всего 40 мкм.

Для формирования группы оптических «бутылок» рассмотрим суперпозицию N пространственно разделенных мод Бесселя разных порядков с различными номерами корней функции Бесселя, т.е. различными значениями величин m, используемой при расчете фазовой функции ДОЭ, формирующего пучок Бесселя n-го порядка

τ ( x , y ) = sgn ( J n ( α m r ) ) exp ( i n ϕ ) , ( 1 )

где αm=kρm, ρ m = 1 ( σ 0 + m λ z 0 ) 2 , σ0=cosθ, n - порядок функции Бесселя, m - номер корня функции Бесселя, k - волновое число, θ - средний угол наклона плоских волн пространственного спектра для заданного поля, х, y - декартовы координаты.

Для вычисления суперпозиции N пространственно разделенных мод Бесселя использовалась следующая формула:

T ( x , y ) = k = 1 N C k sgn ( J n k ( α m k ( r k r k 0 ) ) ) exp ( i n k ϕ ) exp [ i ( x u x + y ν y ) ] ( 2 )

с комплексными коэффициентами Ck для каждой отдельной моды.

Хотя для формирования одиночной оптической ловушки для непрозрачных микрообъектов существуют более простые способы, например использование составного аксикона, можно сформировать такую ловушку описанным выше методом, чтобы продемонстрировать универсальность предложенного подхода.

Эти 27 мод расположены по схеме, представленной на фиг.2.

В данной и последующих схемах за единицу брался минимальный размер дифракционного пятна, формируемого заданным элементом на расстоянии z0 от входной плоскости при длине волны λ=532 нм.

В каждой из позиций на схеме располагается суперпозиция из трех мод Бесселя 0-го порядка с одинаковыми значениями z0=800 мм, но с различными номерами корней функций Бесселя m=8, 9, 10. Для всех мод за исключением находящихся в центральной позиции коэффициенты Ck=1; для мод находящихся в центральной позиции Ck=1·e.

На фиг.3 представлены амплитуда и фаза дифракционного оптического элемента, предназначенного для формирования одиночной ловушки.

Амплитудно-фазовое распределение элемента, формирующего такую суперпозицию, представлено на фиг.4.

Если игнорировать амплитудную составляющую и рассматривать только фазу, то на расстояниях 780-880 мм при диаметре элемента 6 мм и диаметре освещающего пучка 4,4 мм получаются следующие распределения светового поля, представленные на фиг.4. Распределения получены через равные расстояния друг от друга (20 мм).

Как видно из фиг.4, действительно формируется классическая оптическая «бутылка», закрытая по всем трем координатам. При этом относительно большой размер ловушки по оси распространения (100 мм) относится только к формированию ее в свободном пространстве. При фокусировке такого пучка микрообъективом 90× ее длина сокращается до 20 мкм. Эффективность ловушки составляет около 67%. Рассмотрим последовательно несколько все более сложных конфигураций оптических «бутылок». Будем последовательно увеличивать их количество.

Для формирования двойной световой «бутылки» потребуется суперпозиция большего количества мод Бесселя. В данном случае 45 мод Бесселя расположены по схеме, представленной на фиг.5.

В каждой из позиций на схеме располагается суперпозиция из тех же трех мод Бесселя 0-го порядка с одинаковыми значениями z0=800 мм, но с различными номерами корней функций Бесселя m=8, 9, 10 (как и для одиночной бутылки). Для всех мод коэффициенты Ck были действительными числами и равнялись:

- для мод, находящихся в точках с координатами [1; -1], [1; 1], [-1; -1]; [-1; 1] Ck=2.75;

- для мод, находящихся в точке с координатами [0; 0] Ck=2.25;

- для остальных мод Ck=2.0;

Амплитудно-фазовое распределение элемента, формирующего такую суперпозицию, представлено на фиг.6.

Если игнорировать амплитудную составляющую и рассматривать только фазу, то на расстояниях 780-880 мм при диаметре элемента 6 мм и диаметре освещающего пучка 4,4 мм получаются следующие распределения светового поля (фиг.7). Распределения получены через равные расстояния друг от друга (20 мм).

Эффективность ловушки, по сравнению с одиночной, несколько снизилась и составила около 45%.

Для формирования трех соприкасающихся ловушек нужно 66 мод Бесселя расположить по схеме, представленной на фиг.8.

В каждой из позиций на схеме располагается суперпозиция из тех же трех мод Бесселя 0-го порядка с одинаковыми значениями z0=800 мм, но с различными номерами корней функций Бесселя m=8, 9, 10 (как и для одиночной бутылки). Для всех мод коэффициенты Ck были действительными числами и равнялись:

- для мод, находящихся в точках с координатами [5; -1], [5; 1], [-5; -1]; [-5; 1] Ck=1.75;

- для мод, находящихся в точке с координатами [3; -1]; [3; 1], [2; 0], [-2; -0]; [-3; -1], [-3; 1] Ck=2.25;

- для мод, находящихся в точке с координатами [6; 0]; [-6; 0] Ck=1.5;

- для мод, находящихся в точке с координатами [-1; -1]; [0; -2]; [1; -1]; [1; 1]; [-1; 1]; [0; 2] Ck=2.5;

- для остальных мод.

Амплитудно-фазовое распределение элемента, формирующего такую суперпозицию, представлено на фиг.9.

Если игнорировать амплитудную составляющую и рассматривать только фазу, то на расстояниях 780-880 мм при диаметре элемента 6 мм и диаметре освещающего пучка 4,4 мм получаются следующие распределения светового поля (фиг.10). Распределения получены через равные расстояния друг от друга (20 мм). Эффективность данной световой ловушки 29%.

Способ перемещения группы непрозрачных микрообъектов, заключающийся в формировании светового пучка с замкнутыми областями нулевой интенсивности, отличающийся тем, что световой пучок формируют из нескольких пучков, сначала используют три соосных пучка Бесселя нулевого порядка с разными константами распространения, формируя устойчивый пучок в форме круглого пятна, затем эти пучки располагают в пространстве так, чтобы образовать одну или несколько замкнутых областей для захвата и перемещения непрозрачных микрочастиц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для генерации импульсных потоков быстрых нейтронов, в частности к малогабаритным запаянным нейтроногенерирующим трубкам, и может быть использовано в низковольтной ускорительной технике, в частности при разработке импульсных генераторов нейтронов для нейтронно-активационного анализа, неразрушающего контроля, систем безопасности, а также для исследования геофизических и промысловых скважин методом импульсного нейтронного каротажа.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам радиационной терапии. .

Изобретение относится к компьютерной томографии. .

Изобретение относится к рентгеновской оптике, а именно к технике управления рентгеновским излучением с использованием рентгеновских монохроматоров, и может найти применение в рентгеновском структурном анализе при исследовании кристаллических структур, в том числе в технике рентгеновской спектрометрии, рентгеновской дифрактометрии, рентгеновской топографии и др.
Изобретение относится к медицине, точнее к радиологии, и может найти применение в лучевой терапии онкологических больных. .

Изобретение относится к области преобразования энергии. .

Изобретение относится к области ядерной физики, в частности к устройствам доставки низкоэнергетических нейтронов от источников нейтронов до объектов исследований или экспериментальных установок.

Изобретение относится к отражательной рентгеновской оптике, а более конкретно, к технологии изготовления рентгенооптических осесимметричных фокусирующих элементов.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для получения терапевтических и диагностических пучков тепловых и промежуточных нейтронов различной геометрической конфигурации, спектрального состава и интенсивности, применяемых при нейтронной терапии злокачественных опухолей человека и животных на одном источнике нейтронов без его реконструкции.

Изобретение относится к области физики пучков заряженных частиц и ускорительной технике и может быть использовано для создания полого квазитрубчатого пучка тяжелых ионов высокой энергии, вращающегося вокруг продольной оси с высокой частотой.

Изобретение относится к детектору рентгеновского излучения

Изобретение относится к средствам обеспечения нужного спектра нейтронов в пучках исследовательских реакторов или нейтронно-производящих мишеней ускорителей

Изобретение относится к средствам дозирования сыпучего материала в виде твердых шариков, в частности шариков из замороженных ароматических углеводородов, и предназначено для подачи рабочего вещества (шариков) в пневматический тракт с холодным газом гелия для последующей доставки их в камеру холодного замедлителя быстрых нейтронов интенсивного источника (ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя). Изобретение направлено на улучшение стабильности температуры в дозаторе и на обеспечение контролируемой скорости дозирования шариков. В заявленном устройстве стенки бункера и часть подводящей гелий трубы выполнены из меди, а дозирующий элемент представляет собой один тонкий металлический диск с отверстиями определенного диаметра, расположенный в нижней торцевой части бункера вместо донышка. При неподвижном диске шарики не высыпаются из бункера. В режиме дозирования диск приводится в прерывистое вращение управляемым шаговым двигателем, скорость высыпания определяется размером шага вращения диска, частотой повторения шагов и количеством отверстий в диске. Высокая теплопроводность меди обеспечивает низкую температуру в бункере и на диске, близкую к температуре гелия в пневмотракте. Технический результат заключается в исключении принудительного охлаждения бункера жидким азотом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам для регулирования дозы облучения пациента во время СТ-сканирования. Система для ограничения дозы облучения содержит источник рентгеновского излучения, динамический и стационарный коллиматоры и рентгеновский детектор. Источник выполнен с возможностью аксиального перемещения параллельно VOI на стационарной опоре объекта. Динамический коллиматор расположен между источником рентгеновского излучения и VOI. Рентгеновский детектор расположен противоположно источнику рентгеновского излучения и коллиматору. При этом в способе уменьшения дозы коллиматор открывается и закрывается согласованно с осевым перемещением, по мере того, как коллиматор приближается к положению выключения рентгеновского излучения, система заканчивает получение СТ для VOI. Полный конический рентгеновский пучок, пропускаемый через динамический коллиматор, на конце VOI ограничен стационарным коллиматором. В способе сканирования VOI перемещают конический пучок излучения от первого конца VOI ко второму концу вдоль спирального пути, срезают задний участок конического пучка, смежный с первым концом VOI, и передний участок конического пучка, смежный со вторым концом VOI. Система для управления излучением во время СТ-сканирования содержит динамический коллиматор и два аксиально неподвижных коллиматора. Динамический коллиматор содержит заднюю и переднюю шторку затвора. Первый аксиально неподвижный коллиматор расположен между положением включения излучения и первым концом VOI. Второй аксиально неподвижный коллиматор расположен между положением выключения излучения и вторым концом VOI. Использование изобретения обеспечивает минимизацию дозы облучения пациента рентгеновским излучением. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для дистанционной лучевой терапии. Коллиматор содержит корпус с основанием, крышкой и боковинами, в котором параллельно основанию на равной высоте расположены два блока из набора пластин, каждая из которых установлена с возможностью перемещения посредством индивидуального привода параллельно основанию и перпендикулярно оси симметрии коллиматора. Приводы выполнены индивидуальными для каждой из пластин и связаны с наиболее удаленными от геометрической оси коллиматора торцами пластин через индивидуальные винтовые передачи. Пластины имеют одинаковую толщину, П-образный профиль по ширине пластины и собраны в блоках. Нижние пластины блоков имеют двояковыпуклый П-образный профиль, а внутренние поверхности основания и крышки снабжены углублениями для размещения в них выступающих частей профиля соответствующих пластин. Каждый участвующий в формировании апертуры пучка торец пластины выполнен в виде чередующихся П-образных выступов и впадин, при этом выступы и впадины пластин одного блока совпадают, а выступы и впадины пластин другого блока расположены по отношению к ним в шахматном порядке. Использование изобретения позволяет повысить быстроту и точность формирования заданной апертуры пучка. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение может использоваться в квантовой радиофизике, при изготовлении коллиматоров атомно-лучевых трубок, необходимых для формирования атомных пучков, например, в квантовых стандартах частоты. Способ изготовления многокапиллярного коллиматора для атомно-лучевой трубки включает изготовление перфорированных металлических пластин, сборку их в пакет и последующую фиксацию. Изготовление упомянутых пластин проводят методами гальванопластики. Сборку пакета осуществляют совмещением по знакам двух и более пластин с помещенным между ними прозрачным полимером, преимущественно фоторезистом. Фиксацию пластин проводят после полимеризации последнего путем сварки каждой пластины с соседними, после чего полимер удаляют и на поверхности сборки, в том числе на внутренней поверхности сквозных отверстий, образующих капилляры, химическим осаждением наращивают слой металла. Сварка пластин с соседними может проводиться по их торцам внутри знаков совмещения на установке сварки расщепленным электродом. Удаление полимера осуществляют путем плазмохимического травления. Техническим результатом является возможность изготовления коллиматора с капиллярами требуемого диаметра и количества при оптимальном расстоянии между ними и улучшение их вертикальности и качества внутренней поверхности. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области рентгенотехники. Переносная рентгеновская система (200) имеет воспринимающее средство, чтобы обнаруживать, прикреплена ли отсеивающая решетка (230) к переносному детектору (240) или нет. Система выполнена с возможностью изменения автоматическим образом настроек (265а, 265b, 265с, 265d) по умолчанию экспозиции, когда решетка (230) удаляется или прикрепляется к переносному детектору (240). Технический результат - снижение риска недо- или переэкспозиции изображения. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерным технологиям, в частности к получению моноэнергетических нейтронов с низкой энергией. Заявленный способ включает облучение пучком протонов с энергией, превышающей 1,920 МэВ, нейтроногенерирующей мишени, при этом пучок моноэнергетических нейтронов формируют из нейтронов, распространяющихся в направлении, обратном направлению распространения пучка протонов. Варьируя энергию протонов и угол испускания нейтронов, создают моноэнергетический нейтронный пучок с любой требуемой энергией. Для исключения нейтронов с другими энергиями, случайно попавших в пучок, на пути пучка возможно размещение фильтра. Способ калибровки детектора темной материи с жидким Ar в качестве рабочего вещества состоит в том, что его облучают пучком моноэнергетических нейтронов с энергией 74-82 кэВ, полученных при облучении мишени 7Li(p,n)7Be пучком протонов с энергией, превышающей 1,920 МэВ, и сформированном по вышеприведенному способу с использованием серного фильтра с последующей регистрацией произведенной ионизации жидкого аргона. Техническим результатом является возможность получения пучка моноэнергетических нейтронов, предназначенного для калибровки детектора темной материи, с различными энергиями без рассеяния пучка. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области нейтронной физики, а именно к технике измерений энергетических спектров нейтронов, применяемой как в физических исследованиях, так и в решении ряда прикладных задач с использованием пучков нейтронов и, в частности, пучков поляризованных медленных нейтронов. В заявленном способе осуществляют модуляцию интенсивности пучка поляризованных нейтронов путем подачи импульсов постоянного тока на фольгу для создания резкой границы направления магнитных полей до и после фольги. Одновременно после фольги на пучок прошедших нейтронов действуют дополнительным магнитным полем, чтобы организовать адиабатический поворот поляризации на 180 градусов. Измеряют время пролета каждого модулированного нейтрона фиксированного расстояния «фольга-детектор», из чего определяют их скорость или энергию. Техническим результатом является повышение временного разрешения, расширение диапазона измеряемых длин волн тепловых нейтронов и упрощение способа. 7 ил.

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для получения холодных нейтронов с помощью низкотемпературного замедлителя в горизонтальном канале на исследовательском реакторе. В заявленном способе тепловые нейтроны реактора термализуются в камере с криогенным водородным замедлителем, который охлаждают жидким гелием вне реактора и который принудительно циркулирует. Криогенный водородный замедлитель поддерживают в камере в жидкой фазе при давлении, близком к атмосферному. Технический результат заключается в упрощении способа без снижения эффективности. 1 ил.
Наверх