基于光纤光学的生物对象间接微操控系统

批准号:
61775189
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
吴兴坤
依托单位:
学科分类:
F0508.应用光学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
林峰、黄河、李晴、单子豪、皮顿
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中文摘要
研究基于光纤光学的生物对象间接微操控系统,避免直接光学微操控过程中已发现的一系列细胞或亚细胞组分的光致损伤,开创性地应用光纤及微光学元件产生的光纤低模式LP21模光束特点,即高度相干的四瓣形光束可由连接光纤旋转而转动四瓣形能量分布,由光纤直接导入微流道中,对高聚物间接粒子实现空间微操控,包括3D平移,轴向旋转和随光纤倾斜的完整空间六个自由度,开辟微纳光学在间接微操控中的全新应用,使间接微操控从体积大,且振动敏感的自由空间光路系统上升至光波导型系统,领先进入生物纳米光学应用的新领域。采用3D-FTDT等理论工具研究与LP21四瓣形光束相匹配的间接粒子结构设计,优化光阱的各运动刚性,并进一步同时运用多个光纤完成多生物对象之间的微操控过程。高分辨光纤微光学微操控在生物医学和生命科学各个领域具有广阔的应用前景,在推进基础研究和各类生物医学应用中具有重大意义。
英文摘要
This research focuses on an indirect micromanipulation system for biological objects based on fiber-optics, completely avoiding photo-damages caused by laser exposure in direct optical micromanipulations. The system pioneers the application of a low-mode in optical fiber, i.e. LP21 mode, which features a beam consisted of four-lobed energy distributions with a high coherence. It is of great advantage to indirect micromanipulation that the optical trap formed by the four-lobed beam is capable of executing 3D translation, axial rotation and yaw/pitch tilt of indirect particle with complete six degrees of freedom simply by using fiber movement or rotation of connecting fiber, which opens up new applications of micro/nano optics in bioengineering. It is promising that the indirect micromanipulation system will transform from an existing bulky and vibration-vulnerable free-space optical system into a waveguide based compact system. Study will also be conducted on the design of indirect particle structures using 3D FTDT theoretical model to match LP21 beam characteristics, in an effort to optimize stiffness of optical trap and further use of multiple fibers for micromanipulation processes among biological objects. The high resolution fiber-optics based micromanipulation has broad application prospects in both biomedical and life sciences, and is of great significance in promoting basic research and biomedical applications.
研究基于光纤光学的生物对象间接微操控系统,以避免直接激光照射生物对象微操控过程中已发现的一系列细胞或亚细胞组分的光致损伤,开创性地应用光纤及微光学元件产生的光纤低模式 LP21等模式光束特点,即相位上高度相干的四瓣或多瓣i形光束由连接光纤旋转而转动四瓣形在空间同步旋转其能量分布,通过单根光纤直接导入微流道中,对高聚物粒子实现空间微操控,包括3D平移,轴向旋转和随光纤倾斜的完整空间六个自由度,开辟微纳光学在间接微操控中的全新应用,使间接微操控从体积大,且振动敏感的自由空间光路系统上升至光波导型系统,领先进入生物纳米光学应用的新领域。采用3D-FTDT等理论工具研究被操控微粒与LP21四瓣形等光束相匹配的间接粒子结构设计,优化光阱的各运动刚性,并进一步完成生物对象各种微操控过程。高分辨光纤微光学微操控在生物医学和生命科学各个领域具有广阔的应用前景,在推进基础研究和各类生物医学应用中具有重大意义。
期刊论文列表
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High-Order Fiber Mode Beam Parameter Optimization for Transport and Rotation of Single Cells.
单细胞传输和旋转的高阶光纤模式光束参数优化
DOI:10.3390/mi12020226
发表时间:2021-02-23
期刊:Micromachines
影响因子:3.4
作者:Shan Z;Yao S;Zhang E;Pi D;Cao W;Lin F;Cai Z;Wu X
通讯作者:Wu X
DOI:10.3788/aos202040.0622002
发表时间:2020
期刊:光学学报
影响因子:--
作者:皮顿;单子豪;吴兴坤
通讯作者:吴兴坤
集成于微流控的生物纳米微粒尺度检测
- 批准号:61378086
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:72.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:吴兴坤
- 依托单位:
集成于微流控的亚波长微光学光镊阵列
- 批准号:61178049
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:吴兴坤
- 依托单位:
基于软光刻法的多层垂直耦合光波导研究
- 批准号:60577025
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:吴兴坤
- 依托单位:
基于软光刻法的光学互连耦合结构研究
- 批准号:60477019
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:吴兴坤
- 依托单位:
国内基金
海外基金
