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光热镊技术与应用研究进展
1
作者 杨嘉豪 邓如平 +3 位作者 汪先友 张聿全 袁小聪 闵长俊 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第18期54-75,共22页
自激光技术问世以来,光镊作为一种非接触、高精度的颗粒操控工具,已广泛应用于生物、化学等领域。然而光热效应引起的热对流及热损伤等问题,极大地限制了传统光镊技术的捕获性能和捕获样品活性。为突破这一限制,研究者们开始探索将光与... 自激光技术问世以来,光镊作为一种非接触、高精度的颗粒操控工具,已广泛应用于生物、化学等领域。然而光热效应引起的热对流及热损伤等问题,极大地限制了传统光镊技术的捕获性能和捕获样品活性。为突破这一限制,研究者们开始探索将光与热相结合的颗粒捕获与操控技术,发现可以通过材料的光致发热或致冷效应,将热场转化为颗粒捕获的一大助力,进而提出多种新颖的光热镊技术。相比于传统光镊,光热镊技术利用光场和热场的共同作用,具有更低的激光能量需求和更高的捕获精度,在生物医学等领域中展现出巨大应用潜力。系统性地阐述光热镊的基本原理,详细介绍代表性的光热镊技术的发展和应用,并分析该技术面临的问题、发展趋势和发展前景,旨在帮助研究者系统了解基于光热效应的光热镊基本知识、最新研究进展和潜在应用,为该领域的科学研究提供参考。 展开更多
关键词 激光技术 光镊 光热镊 光热效应 光学致冷效应
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光致温度场光镊:原理及生物医学应用 被引量：7
2
作者 钟义立 彭宇航 +5 位作者 陈嘉杰 周健行 戴小祺 张晗 屈军乐 邵永红 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期1-21,共21页
面向生物粒子操控方法的研究,在生物医学和生命科学等领域具有重要意义。光镊操控具有无接触与高精度的特点,已被广泛应用于多个领域的研究中。然而,传统光镊的光热效应以及衍射极限都制约着光镊在生物医学领域的更广泛应用和发展。近... 面向生物粒子操控方法的研究,在生物医学和生命科学等领域具有重要意义。光镊操控具有无接触与高精度的特点,已被广泛应用于多个领域的研究中。然而,传统光镊的光热效应以及衍射极限都制约着光镊在生物医学领域的更广泛应用和发展。近十年来,研究者们将光热效应化劣势为优势,利用光与热的耦合效应实现了多种粒子的精确捕获及操控,即光致温度场光镊(OTFT)。由于此种新型光镊对光能的利用率极高,能量密度低于传统光镊近3个数量级,并可实现颗粒的大范围操控,极大地拓展了光镊可操控粒子的种类,已经成为纳米技术以及生命科学领域的重要研究工具。温度场光镊仍面临诸多问题,例如对于颗粒界面调控的依赖性以及三维捕获受限等,尤其是在生物光子学的研究中,还需要进一步发展和优化。本文对光致温度场光镊操控基本原理及其在生物医学中的应用两个方面进行了系统阐述,并对其今后的发展与挑战进行了展望。 展开更多
关键词 光镊 光热镊 光流控 光热效应 微流控 生物传感器
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聚合物衬底上微纳物体的激光捕获及操控
3
作者 尹越 窦琳 +2 位作者 沈天赐 刘家彤 谷付星 《物理学报》 2025年第8期295-303,共9页
聚合物衬底克服了刚性平面衬底在空间形变场景下的局限,并能结合光刻技术制备复杂三维异形空间结构.光热冲镊技术实现了固体界面上对微纳物体的捕获和操控,将该技术应用在聚合物衬底上可开发新的应用场景需求.本文以常用的聚甲基丙烯酸... 聚合物衬底克服了刚性平面衬底在空间形变场景下的局限,并能结合光刻技术制备复杂三维异形空间结构.光热冲镊技术实现了固体界面上对微纳物体的捕获和操控,将该技术应用在聚合物衬底上可开发新的应用场景需求.本文以常用的聚甲基丙烯酸甲酯和负性光刻胶作为聚合物衬底,通过溶胶-凝胶法在其上制备SiO_(2)纳米薄膜,能有效减轻光热冲击效应引起的热损伤,从而实现微纳物体的激光捕获及操控.实验表明,在常用激光操控功率条件下,当SiO_(2)纳米薄膜厚度大于110 nm时,能够有效防止聚合物衬底因光热效应引起软化、膨胀和表面破坏.理论计算也表明,纳米薄膜能至少使聚合物表面温度降低111℃,并使其产生最高温度的时间滞后13.2 ns.本文使用的纳米薄膜制备技术具有常温、大面积、低粗糙度且厚度均一的优点,能普遍适用于柔性聚合物衬底以及异形结构.本实验结果拓展了激光捕获物体的环境媒介,为其在微纳操控、微纳米机器人和微纳光机电器件等领域的应用提供新的可能性. 展开更多
关键词 光捕获 聚合物表面 溶胶-凝胶法 光热冲镊
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固体界面上微纳物体的高精度激光捕获及智能运动控制
4
作者 张尹峥 刘鸿江 +2 位作者 朱润琳 刘逸飞 谷付星 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期211-221,共11页
基于光热冲击效应的激光捕获技术是用于干燥固体界面上微纳物体的捕获及操控的重要工具。为进一步满足复杂场景中的条件需求,提出了一种基于深度学习图像反馈的闭环控制系统,引入了目标检测与定位算法,实现了微纳物体的稳定、高精度捕... 基于光热冲击效应的激光捕获技术是用于干燥固体界面上微纳物体的捕获及操控的重要工具。为进一步满足复杂场景中的条件需求,提出了一种基于深度学习图像反馈的闭环控制系统,引入了目标检测与定位算法,实现了微纳物体的稳定、高精度捕获和智能运动控制。该系统能够将输入的控制参数处理为光热冲镊平台的控制信号,并在控制过程中使用YOLOv8和OpenCV算法处理系统采集的显微图像,对物体位置进行动态反馈,实现系统智能化闭环控制。实验表明,所设计的控制模块的控制分辨率为38.2 nm,图像反馈模块的检测分辨率为85.3 nm,整体系统对物体的检测误差为116.1 nm,闭环控制误差为108.9 nm。此外,采用路径控制与手势触摸等多种控制方法,验证了该控制系统的灵活性和稳定性。研究结果为在干固体界面上的复杂场景中微纳物体的智能化操控提供了参考。 展开更多
关键词 激光捕获 光操控 深度学习 光热冲镊 智能控制
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