[發明專利]對無接觸定向流體動力學流動同時進行成像和執行的設備和方法

在審

• 申請號: 201880075845.3
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN111373302A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 莫里茨·克賴斯英;阿納托·弗里奇;馬特烏斯·米塔斯奇
• 申請（專利權）人: 馬克斯·普朗克科學促進協會
• 主分類號: G02B21/30
• 分類號: G02B21/30;B01L3/00;G02B21/32;G02B21/28;G02B21/34;G02B21/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 達小麗;夏凱

本發明涉及一種用于對樣品中的無接觸定向流體動力學流動同時進行成像和執行的設備，具有：至少一個光源，特別是激光，被適配成動態地加熱樣品的內部和/或表面；具有物鏡的顯微鏡，物鏡被適配成對樣品的至少一部分進行成像并且將光源的光束特別是激光束引導到，特別地聚焦到樣品中和/或樣品上，以加熱樣品的至少一個指定位置；用于操縱指定位置的裝置；以及用于樣品的樣本室，樣本室可用于成像輻射和光束進入以允許經由物鏡對樣品同時進行成像和操縱。此外，本發明涉及一種用于對樣品中的無接觸定向流體動力學流動同時進行成像和執行的方法，其中，至少一個光源特別是激光經由光束特別地經由激光束動態地加熱樣品的內部和/或表面，至少一個光源的光束通過顯微鏡的物鏡被導向樣品，光束被可變地引導到，特別地被聚焦到樣品的指定位置，在樣品中誘導流體動力學流動，以及經由與用于引入光束的相同的物鏡對樣品進行成像。

本發明涉及如下各項：根據權利要求1的用于對樣品中的無接觸定向流體動力學流動同時進行成像和執行的設備；根據權利要求20的用于對樣品中的無接觸定向流體動力學流動同時進行成像和執行的方法；根據權利要求36的計算機程序產品；以及根據權利要求37的計算機可讀存儲介質。

根據Journal of Applied Physics 104，104701(2008)(應用物理期刊104,104701(2008))，知道了所定義的在微觀尺度上的流體流動的控制，其是化學和生物化學中的若干應用的基礎并且在縮小生物傳感應用中起著重要作用。小型化可以縮短實驗的時間，增強檢測的信噪比并且減少化學藥品的總體消耗。在過去，已經探索了用以遠程切換微制造通道中的閥門以便控制通道中的流體流動的若干方式。已經調查了光學方法來移動覆蓋的流體液滴或通過俘獲粒子附近的全息誘導的渦流來驅動液體流動。光刻表面圖案化用于通過熱毛細管致動或表面聲波來誘導液滴移動。光刻表面圖案化是作為在沒有表面圖案化或不使用特殊基質的情況下對于液體在兩個維度上具有受控路徑的遠程光學驅動而提出的。

在先前現有技術的微流控技術中，使用壓力來沿著微觀尺度通道驅動流動。然而，壓力控制遭受遲滯效應并且需要到外部泵和控制器的宏觀尺度連接。

根據WO 2008/061706 A1，已知一種用于粒子的快速熱光表征的方法和設備。特別地，WO 2008/061706 A1涉及一種測量生物分子的穩定性、分子的相互作用以及單個粒子跳動的長度/大小的確定或者長度/大小的確定的方法和裝置。

本發明面臨提供允許經由誘導光進行受控操縱并對樣品同時進行成像的設備、方法、計算機程序產品和計算機可讀存儲介質的任務。

此任務是根據本發明通過根據權利要求1的設備、根據權利要求20的方法、根據權利要求36的計算機程序產品以及根據權利要求37的計算機可讀存儲介質來解決的。

優選的實施例是隨從屬權利要求、說明書和附圖而提供的。

根據本發明的設備被提供有：至少一個光源，特別是激光源，被適配成動態地加熱樣品的內部和/或表面；具有物鏡的顯微鏡，所述物鏡被適配成對樣品的至少一部分進行成像并且將光源的光束，特別是激光束，引導到，特別地聚焦到，樣品中和/或樣品上，以加熱樣品的至少一個指定位置；用于操縱指定位置的裝置；以及用于樣品的樣本室(samplechamber)，所述樣本室可用于成像輻射和光束進入以允許經由物鏡對樣本同時進行成像和操縱。

利用光遠程地控制物質的能力具有優點。在物理學和生物學的許多領域中，物質的光學控制由于其通用性和精密度而被使用并且對實驗方法已經具有重大影響。例如，光學陷阱允許在各種廣泛的幾何構型中在真空中使單原子冷卻和隔離。此外，已經采用光學鑷子來在生理條件下在微觀尺度上抓取并移動物體。

光源優選地為紅外光源，特別是紅外激光，其波長在700nm和1mm的范圍內，優選地在1000nm和0.1mm的范圍內，并且更優選地在1300nm和0.05mm的范圍內。光源被特別地設計使得它在水的紅外吸收最顯著的波長區域中發出輻射。特別有利的是在1455nm下施加電磁輻射以便加熱樣品的流體，因為水在該波長下具有最大局部吸收。