專(zhuān)利名稱(chēng)：利用全息激光控制分類(lèi)物質(zhì)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)2002年7月31日提交的No.60/399,386以及2002年12月20日提交的No.60/435,541的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此引用以作參考。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及利用激光控制對(duì)物質(zhì)分類(lèi)的系統(tǒng)和方法，尤其是使用全息光學(xué)捕獲。
在美國(guó)工業(yè)中，存在大量未滿足的分類(lèi)和分離需求，涉及由小于50微米的粒子和單元組成的物質(zhì)。這些需求的范圍跨越了從包括納米技術(shù)的制造在內(nèi)的專(zhuān)業(yè)化學(xué)藥品和物質(zhì)領(lǐng)域的粒子分篩和樣本準(zhǔn)備，到藥品和生物技術(shù)工業(yè)中蛋白質(zhì)選擇和提純的工業(yè)領(lǐng)域。其它的例子還包括在醫(yī)學(xué)、診斷、以及農(nóng)業(yè)部門(mén)的細(xì)胞分類(lèi)和選擇。
通過(guò)研究在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出特定的或部分解決方案的領(lǐng)域中的全年的費(fèi)用，以及通過(guò)估計(jì)當(dāng)前甚至尚未有部分解決方案的領(lǐng)域中的分類(lèi)/分離/提純輸出的市場(chǎng)價(jià)值，可以看出這些需求的重要性。對(duì)于前者的一個(gè)實(shí)例，生物技術(shù)和藥品工業(yè)每年花費(fèi)大量的設(shè)備和供給用于蛋白質(zhì)提純。
后者的一個(gè)實(shí)例，在農(nóng)業(yè)部門(mén)，在農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物中，當(dāng)前沒(méi)有有效選擇后代的性別；但是，估計(jì)僅在養(yǎng)牛業(yè)，通過(guò)進(jìn)行精子選擇，作為當(dāng)前工業(yè)中廣泛使用的人工受精方式的一部分將會(huì)增加價(jià)值。
除了動(dòng)物飼養(yǎng)市場(chǎng)，目前從人類(lèi)胰腺的胰島細(xì)胞提純處理大量涉及開(kāi)發(fā)I型糖尿病的新治療方法的藥物科學(xué)?，F(xiàn)在已經(jīng)有胰島移植方法的重要進(jìn)步，但是提純問(wèn)題是阻礙的問(wèn)題之一。用于提純胰島細(xì)胞的傳統(tǒng)方法效率低并且導(dǎo)致細(xì)胞的損壞。
由于I型糖尿病的情況，在患者胰腺中存在的胰島細(xì)胞已經(jīng)被損壞，并且不再產(chǎn)生人類(lèi)生存需要的胰島素，因此胰島細(xì)胞移植是重要的。當(dāng)前的I型糖尿病治療包括每天注射1至5次胰島素。盡管有了這樣的治療，該疾病通常會(huì)產(chǎn)生并發(fā)癥，包括失明，需要截肢的血液流動(dòng)問(wèn)題，腎臟壞死，以及死亡。用于移植的胰島細(xì)胞更純和減少污染期望減少這些并發(fā)癥的出現(xiàn)。
目前在美國(guó)，大約100萬(wàn)的I型糖尿病患者中，如果可以利用，每年有至少50,000患者將忍受胰島細(xì)胞移植，。當(dāng)接受大規(guī)模的胰島細(xì)胞移植作為有效的療法時(shí)，成本將有本質(zhì)上的變化。即使適當(dāng)?shù)貙?shí)施當(dāng)前療法，這個(gè)跳變將由使用當(dāng)前治療方法(頻繁注射)的難度和嚴(yán)重后果所驅(qū)使。
因此，一個(gè)重要問(wèn)題是胰島提純，需要以非損壞、非侵入的方式非常有選擇性的方式對(duì)人類(lèi)細(xì)胞進(jìn)行分類(lèi)。
另一個(gè)需要解決的問(wèn)題是在經(jīng)受全身的癌癥放射治療的人體骨髓中，從癌細(xì)胞中提純正常細(xì)胞。
另一個(gè)問(wèn)題是為了研究例如帕金森癥這樣的疾病的成因和治療所需的干細(xì)胞的選擇。
另一方面是開(kāi)發(fā)新的方法以自動(dòng)問(wèn)詢大量的人類(lèi)細(xì)胞，并選擇具有不適合于熒光標(biāo)記特性的一些，其將極大地拓寬藥物診斷的范圍和效力。
控制微觀對(duì)象的一項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)是光學(xué)捕獲。光學(xué)捕獲效果的可接受的描述是輕微聚焦光線，例如通過(guò)高數(shù)值孔徑的顯微透鏡聚焦的光線，具有陡的強(qiáng)度(intensity)梯度。光學(xué)陷阱根據(jù)其介電常數(shù)，利用光束的梯度強(qiáng)度來(lái)捕獲粒子?！傲Ｗ印笔侵干飳W(xué)上或者其它化學(xué)物質(zhì)，包括但不限于，低聚核苷酸，多聚核苷酸，化學(xué)混合物，蛋白質(zhì)，脂質(zhì)，多糖，配合基，細(xì)胞，抗體，抗原，細(xì)胞器，脂質(zhì)，裂殖細(xì)胞，細(xì)胞集團(tuán)，微生物，肽，cDNA，RNA以及類(lèi)似物質(zhì)。
為將其能量最小化，具有介電常數(shù)高于周?chē)橘|(zhì)的粒子將移動(dòng)到光學(xué)捕獲區(qū)域，這里電場(chǎng)最高。介電常數(shù)與其周?chē)橘|(zhì)具有至少一點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別的粒子對(duì)其梯度靈敏，并且也被吸引到最高光強(qiáng)度點(diǎn)或者從該處排斥，也就是說(shuō)，到/離開(kāi)光束聚焦點(diǎn)。在構(gòu)造光學(xué)陷阱的過(guò)程中，來(lái)自單個(gè)光束的光學(xué)梯度強(qiáng)度被應(yīng)用于控制浸入具有小于粒子的折射率的流體介質(zhì)中的介電粒子的位置，但是也控制反射吸收和低介電常數(shù)的粒子。
在光學(xué)陷阱中光學(xué)梯度力(force)與輻射壓力競(jìng)爭(zhēng)，該輻射壓力傾向于沿光軸位移捕獲的粒子。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇輸入光束的傳播方向以及準(zhǔn)直的程度，一個(gè)光學(xué)陷阱可以被放置于物鏡聚焦容積內(nèi)的任何地方。進(jìn)入物鏡的被孔徑(back aperture)的一條準(zhǔn)直光束進(jìn)來(lái)在透鏡焦平面中央聚焦，而以某個(gè)角度進(jìn)入的另一光束則偏離中心聚焦。略微分散的光束在焦平面的下游聚焦，而會(huì)聚光線則在上游聚焦。同時(shí)進(jìn)入透鏡輸入光瞳的多條光束中的每一光束在由其入射角度確定的位置形成在聚焦容積內(nèi)的光學(xué)陷阱。全息光學(xué)捕獲技術(shù)利用相位改變衍射光學(xué)元件的相位以將用于多光束的相位圖形施加在單輸入波束的波陣面上，因此將該單條光束轉(zhuǎn)換為多個(gè)陷阱。
執(zhí)行輸入光束的相位調(diào)制，對(duì)于創(chuàng)建光學(xué)陷阱是較佳的，因?yàn)椴东@依賴(lài)于光束的強(qiáng)度，而不是它們的相對(duì)相位。調(diào)幅可以將光線從陷阱移開(kāi)，并且減弱它們的效果。
當(dāng)粒子被光學(xué)捕獲時(shí)，陷阱所用的光學(xué)梯度強(qiáng)度超過(guò)了由散射和吸收引起的其它輻射壓力。對(duì)于高斯TEM00輸入激光光束，這通常表示光束直徑將與進(jìn)入光瞳孔的直徑充分一致。用來(lái)形成陷阱的較佳的最小數(shù)值孔徑大約為0.9至大約1.0。
在實(shí)現(xiàn)光學(xué)捕獲技術(shù)時(shí)的一個(gè)困難是，將產(chǎn)生的每一個(gè)陷阱，通常需要其自己的聚焦的光束。感興趣的許多系統(tǒng)需要多個(gè)光學(xué)陷阱，并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種方法以獲得多個(gè)陷阱構(gòu)造。一個(gè)現(xiàn)有的方法使用單個(gè)光束，該單個(gè)光束在多個(gè)陷阱位置之間被改變方向，以在不同的陷阱之間對(duì)該光束“時(shí)間共享”。但是，當(dāng)陷阱數(shù)量增加時(shí)，在陷阱處于其“關(guān)閉”狀態(tài)的間隔對(duì)于該陷阱被重激勵(lì)之前，粒子從陷阱位置散開(kāi)可能變長(zhǎng)了，所有這些方面已經(jīng)限制了該方法只能實(shí)施于每系統(tǒng)少于約10個(gè)陷阱。
另一種傳統(tǒng)的創(chuàng)建多個(gè)陷阱系統(tǒng)的方法依賴(lài)于通過(guò)單個(gè)高數(shù)值孔徑透鏡，同時(shí)通過(guò)多條光束。在單獨(dú)的激光光束中，通過(guò)使用多個(gè)激光器或者使用一個(gè)或多個(gè)分束器實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)的一個(gè)問(wèn)題是，隨著陷阱數(shù)量的增加，該光學(xué)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜。由于這些問(wèn)題，該方法的已知實(shí)施限于每個(gè)系統(tǒng)少于5個(gè)陷阱。
在實(shí)現(xiàn)多個(gè)陷阱系統(tǒng)的第三個(gè)方案中，衍射光學(xué)元件(DOE)(例如，利用傳播或反射幾何學(xué)的相位偏移全息圖)用于改變一條單個(gè)激光光束的波陣面。該發(fā)明在Grier等人的美國(guó)專(zhuān)利No.6,055,106中已經(jīng)公開(kāi)過(guò)。波陣面被改變，從而下游的激光光束實(shí)質(zhì)上變成多條具有由衍射光學(xué)元件的準(zhǔn)確性固定的傳播方向和相對(duì)位置的獨(dú)立激光束。實(shí)際上，DOE的傅立葉變換產(chǎn)生一組強(qiáng)度峰值，其中每一個(gè)用作為獨(dú)立的陷阱或者“鑷子(tweezer)”。
第三個(gè)方案的一些實(shí)施已經(jīng)使用固定傳播全息圖以創(chuàng)建16個(gè)和400個(gè)數(shù)量之間的獨(dú)立的捕獲中心。
固定的全息圖已經(jīng)用于說(shuō)明全息光學(xué)捕獲原理，但是使用液晶光柵作為全息圖允許“制造”分離全息圖，用于每一個(gè)新的陷阱分布。通過(guò)液晶光柵施加在捕獲激光上的空間改變相位調(diào)制可以容易地由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，因此允許動(dòng)態(tài)控制變化。
可以用于光學(xué)捕獲粒子的其它類(lèi)型的陷阱，包括但是不限于，光學(xué)漩渦，光學(xué)瓶子，光學(xué)旋轉(zhuǎn)體和光線格子。一個(gè)光學(xué)漩渦產(chǎn)生環(huán)繞零電場(chǎng)區(qū)域的梯度，其對(duì)于控制具有低于周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)的粒子，或者反射的粒子，或者被光學(xué)陷阱排斥的其它類(lèi)型的粒子是有用的。為了最小化其能量，這樣的粒子將移動(dòng)到電場(chǎng)最低的區(qū)域，即在適當(dāng)構(gòu)型的激光束的聚焦點(diǎn)處的零電場(chǎng)區(qū)域。光學(xué)漩渦提供一個(gè)零電場(chǎng)的區(qū)域，很像圓環(huán)圈(環(huán)形)中的孔洞。該光學(xué)梯度是徑向的，最高電場(chǎng)在圓環(huán)圈周邊。該光學(xué)漩渦挽留在圓環(huán)圈孔中的小粒子。該挽留通過(guò)沿著零電場(chǎng)線滑動(dòng)小粒子上的漩渦來(lái)實(shí)現(xiàn)。
光學(xué)瓶子與光學(xué)漩渦不同之處在于它僅在漩渦端的焦點(diǎn)具有零電場(chǎng)，以及在圍繞焦點(diǎn)的所有其它方向上具有非零電場(chǎng)。光學(xué)瓶子對(duì)于捕獲原子和納米基是有用的，它們可能太小或者太具有吸收力，從而不能被捕獲在光學(xué)漩渦或者光學(xué)鑷子中。(參見(jiàn)Arlt和M.J.Padgett的“具有由較高強(qiáng)度區(qū)域圍繞的黑焦點(diǎn)的光束的產(chǎn)生光學(xué)瓶光束”(Generationof a beam with a dark focus smrrounded by regions of higher indensityTheoptical bottle beam)，Opt.Lett.25，191-193，2000。)光學(xué)籠子(美國(guó)專(zhuān)利No.5,939,716)是松散的，光學(xué)漩渦的宏觀派生物。光學(xué)籠子形成光學(xué)陷阱的時(shí)間平均的環(huán)，以環(huán)繞太大或反射性的介電常數(shù)低于周?chē)橘|(zhì)的待被捕獲的粒子。
當(dāng)激光束被引導(dǎo)通過(guò)或者從相位構(gòu)圖光學(xué)元件反射，該相位構(gòu)圖光學(xué)元件產(chǎn)生多個(gè)細(xì)光束，這些細(xì)光束具有變化的相位輪廓。根據(jù)期望的光學(xué)陷阱的數(shù)量和類(lèi)型，該變化包括衍射，波陣面構(gòu)型，相位偏移，控制，發(fā)散和會(huì)聚。根據(jù)相位輪廓選擇，相位構(gòu)圖光學(xué)元件可以用于產(chǎn)生以光學(xué)陷阱，光學(xué)漩渦，光學(xué)瓶子，光學(xué)旋轉(zhuǎn)器，光學(xué)籠子的形式，或者這些形式中兩種或多種組合的形式的光學(xué)陷阱。
對(duì)于物質(zhì)的控制，除了鉗住介電球體，已經(jīng)證明了病毒和細(xì)菌的鉗住。除了原核生物以及病毒，多種原生生物，例如四膜蟲(chóng)喜溫生物(thermophila)已經(jīng)被成功鉗住。而且，體細(xì)胞，例如eukocytes以及頰(cheek)上皮細(xì)胞，以及生殖細(xì)胞，例如精子已經(jīng)被捕獲和控制。
研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于控制細(xì)胞的間接方法，例如以金剛石微粒給細(xì)胞做標(biāo)記，然后鉗住金剛石微粒。細(xì)胞控制已經(jīng)包括細(xì)胞定向，用于微觀分析以及拉伸細(xì)胞。組織細(xì)胞也已經(jīng)用鑷子被放置在試管中，呈現(xiàn)與體內(nèi)的同樣分布。
除了細(xì)胞本身，光學(xué)鑷子已經(jīng)用于控制細(xì)胞器，例如沿著微管轉(zhuǎn)移的囊泡，染色體，或者球狀DNA。利用光學(xué)鑷子已經(jīng)將對(duì)象插入細(xì)胞內(nèi)。
用于生物學(xué)目的的多種分類(lèi)方法也可能采用光學(xué)鑷子。用于化驗(yàn)和染色體采集的利用傳統(tǒng)光學(xué)捕獲的細(xì)胞分類(lèi)，以及為創(chuàng)建庫(kù)的分類(lèi)已經(jīng)被證明。用于藥品顯示的細(xì)胞化驗(yàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)。
因此，作為利用激光控制的光學(xué)陷阱的分類(lèi)的一個(gè)新的類(lèi)型的例子，需要一種利用從其它細(xì)胞、組織以及污染物分離有價(jià)值的細(xì)胞技術(shù)的細(xì)胞分類(lèi)方法。而且，需要一種實(shí)現(xiàn)光學(xué)陷阱對(duì)于(細(xì)胞)分類(lèi)和提純的主要工業(yè)需求有唯一貢獻(xiàn)的方式。而且，存在在動(dòng)物飼養(yǎng)市場(chǎng)中分離精子細(xì)胞的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種利用激光控制對(duì)物質(zhì)分類(lèi)的系統(tǒng)和方法，尤其是利用全息光學(xué)捕獲的系統(tǒng)和方法。
在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用光學(xué)捕獲，其是已經(jīng)用作為控制微觀對(duì)象的工具的技術(shù)。一個(gè)可接收的效果描述是，輕微聚焦光線，例如由高數(shù)值孔徑顯微透鏡聚焦的光線，具有陡的強(qiáng)度梯度。根據(jù)其介電常數(shù)，光學(xué)陷阱使用光束的梯度強(qiáng)度來(lái)捕獲粒子。為了最小化其能量，具有大于周?chē)橘|(zhì)介電常數(shù)的粒子將移動(dòng)到電場(chǎng)為最高的光學(xué)陷阱的區(qū)域。
本發(fā)明的光學(xué)捕獲被使用以幾種方法解決細(xì)胞分類(lèi)和提純。例如，在物質(zhì)上由光學(xué)陷阱所施加的力，對(duì)在物質(zhì)中介電常數(shù)的精確分布是敏感的——光學(xué)強(qiáng)度因此依賴(lài)于對(duì)象的組成和形狀。
而且，對(duì)象上的其它力對(duì)對(duì)象與周?chē)黧w之間的流體動(dòng)力交互作用是敏感的——控制流體流探測(cè)物質(zhì)形狀、大小以及例如表面粗糙度的特征。
進(jìn)一步地，將對(duì)象定位在已知位置允許自動(dòng)問(wèn)詢的附加方法，例如高速成像以及粒子專(zhuān)用散射測(cè)量。
在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在實(shí)現(xiàn)多陷阱的系統(tǒng)過(guò)程中，衍射光學(xué)元件(DOE，即，使用透射或反射幾何學(xué)的相位偏移全息圖)用于改變單獨(dú)激光束波陣面。該波陣面被改變，從而下游的激光束實(shí)際上變成了大量獨(dú)立的激光束，這些激光束具有由該衍射光學(xué)元件的精確性質(zhì)固定的傳播方向和相對(duì)位置。
本發(fā)明通過(guò)用一透鏡聚焦激光束提供光學(xué)捕獲，以創(chuàng)建光學(xué)陷阱，其中透鏡具有小于0.9的數(shù)值孔徑，并且最好減小至小于0.1。
利用全息激光控制的分類(lèi)包括建立將被分類(lèi)的對(duì)象的身份類(lèi)別，將被分類(lèi)的對(duì)象引入一個(gè)分類(lèi)區(qū)域，并且根據(jù)其身份類(lèi)別，以受控激光束來(lái)控制對(duì)象。該控制可能是以基于其身份類(lèi)別而不同的方式保持，移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，標(biāo)記或毀壞對(duì)象。因此，本發(fā)明提供一種利用全息光學(xué)捕獲進(jìn)行細(xì)胞分類(lèi)的并行方案。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，生物物質(zhì)樣本的光譜可以由成像照明源完成，該成像照明源適用于不彎曲的光譜或者偏振光線背發(fā)散，前者適用于評(píng)定化學(xué)身份，而后者適用于測(cè)量?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸，例如細(xì)胞核的大小。利用這樣的光譜學(xué)方法，在一些實(shí)施例中，細(xì)胞被詢問(wèn)。這些具有肯定結(jié)果的細(xì)胞(即，這些與標(biāo)記反應(yīng)或者結(jié)合的這些細(xì)胞)的頻譜可以通過(guò)使用這樣的成像照明而獲得。
計(jì)算機(jī)程序可以分析光譜數(shù)據(jù)，以識(shí)別期望的目標(biāo)(即，具有X或Y染色體的細(xì)胞，或者疑似癌癥，癌癥前期和/或非癌癥細(xì)胞類(lèi)型，等等)，然后可以應(yīng)用該信息以引導(dǎo)相位構(gòu)圖光學(xué)元件(即，光學(xué)陷阱)以分離或者包含這些期望或者選擇的目標(biāo)(即，細(xì)胞類(lèi)型)。所包含的細(xì)胞可以根據(jù)與化學(xué)品反應(yīng)或結(jié)合而被識(shí)別，或者通過(guò)使用對(duì)象的自然熒光，或者與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的襯底的熒光，作為識(shí)別標(biāo)記或者背景標(biāo)記而被識(shí)別。當(dāng)化驗(yàn)完成時(shí)，將通過(guò)計(jì)算機(jī)和/或操作者選擇哪些細(xì)胞被放棄以及哪些細(xì)胞被收集。
通常通過(guò)使多條光束可用，來(lái)使細(xì)胞的控制更安全。類(lèi)似釘床，多個(gè)鑷子保證在細(xì)胞中任何特定點(diǎn)引入盡量少的能量。這消除了熱點(diǎn)，并減少了破壞的危險(xiǎn)。由于吸收與激光能量的平方成比例，任何破壞性的雙光子處理有很大好處。正是增加第二鑷子將特定點(diǎn)的雙光子吸收降低了4倍。大的細(xì)胞例如四膜蟲(chóng)包括大量激光能量用于有效捕獲。將能量置入單獨(dú)陷阱可以導(dǎo)致細(xì)胞立即毀壞。
通過(guò)例如使用全息光學(xué)捕獲，甚至僅一個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞的控制明顯增強(qiáng)。一個(gè)單獨(dú)的頰上皮細(xì)胞可以由一行鑷子控制，該行鑷子將細(xì)胞沿著一側(cè)面的周邊升高。該導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)允許360度的細(xì)胞視圖。除了生物樣本可視的優(yōu)點(diǎn)之外，也具有能力穩(wěn)定定向樣本的能力，其具有對(duì)研究這樣的對(duì)樣本定位有強(qiáng)依靠的散射實(shí)驗(yàn)清楚的好處。
具有寬視野的分類(lèi)具有許多好處，例如較高的產(chǎn)量。但是，在WFOV中的標(biāo)準(zhǔn)鑷取由于過(guò)多的輻射壓力而可能失敗。使用全息光學(xué)捕獲的具有寬視野的鑷取可以允許形成光線的異常模式的能力，其明顯地減小光束的輻射壓力。例如，漩渦捕獲具有黑的中心，因?yàn)楣饩€的不同相位在陷阱的中心取消。該黑的中心表示穿過(guò)光束中心的大部分光線不再存在。實(shí)際上這些隱藏了光的大部分輻射壓力的光束，因此它們的去除明顯地減輕在軸向捕獲的難度。其它模式，例如，圓環(huán)圈模式，具有相同的優(yōu)點(diǎn)。
在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，方法和系統(tǒng)導(dǎo)致其本身半自動(dòng)或自動(dòng)處理，用于跟蹤每一個(gè)光學(xué)陷阱的移動(dòng)和內(nèi)容。在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，移動(dòng)可以通過(guò)能夠被看到的光學(xué)數(shù)據(jù)流來(lái)監(jiān)視，或者轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，或者通過(guò)操作者可視化檢查光譜地，和/或通過(guò)視頻監(jiān)視而被監(jiān)視或分析。該光學(xué)數(shù)據(jù)流也可以由光檢測(cè)器進(jìn)行處理以監(jiān)視強(qiáng)度或者任何合適的設(shè)備處理，以將光學(xué)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為適應(yīng)于計(jì)算機(jī)和程序的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。該計(jì)算機(jī)程序控制細(xì)胞的選擇以及光學(xué)陷阱的產(chǎn)生。
在符合本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)通過(guò)對(duì)相位構(gòu)圖光學(xué)元件編碼而導(dǎo)致的每一個(gè)光學(xué)陷阱預(yù)定的移動(dòng)來(lái)跟蹤細(xì)胞的移動(dòng)。此外，在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)程序包括包含在每一個(gè)光學(xué)陷阱中每一個(gè)細(xì)胞的記錄。
在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行用于動(dòng)物飼養(yǎng)的X和Y精子的細(xì)胞分類(lèi)。
在肉牛工業(yè)中，將后代的雄/雌比率從當(dāng)前的50％∶50％混合比改變到85％∶15％混合比的能力，將顯著地增加每年的后代數(shù)量。類(lèi)似地，在乳品業(yè)上也會(huì)出現(xiàn)數(shù)量的增加，盡管相對(duì)較小些。
在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)象分類(lèi)的方法包括有步驟以預(yù)定的流率將對(duì)象引入輸入通道；利用光束控制裝置匯集(funnel)對(duì)象；評(píng)價(jià)對(duì)象以確定哪些符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)；以及將不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象和符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)。
在符合本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)象分類(lèi)的方法包括有步驟在一結(jié)構(gòu)的表面上分配對(duì)象；以及根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，利用光束控制裝置，評(píng)價(jià)所述結(jié)構(gòu)中的對(duì)象。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)象分類(lèi)的方法包括有步驟在膠體中分布對(duì)象；檢測(cè)符合預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象；以及將符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象和不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于分類(lèi)對(duì)象的裝置包括利用光學(xué)捕獲裝置形成的多個(gè)光學(xué)陷阱；一個(gè)輸入通道，對(duì)象以預(yù)定的流率被引入其中；以及至少一個(gè)輸出通道；其中在進(jìn)入所述輸出通道之前，根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，使用所述光學(xué)陷阱，在分類(lèi)區(qū)域分類(lèi)對(duì)象。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于分類(lèi)對(duì)象的裝置包括一個(gè)光束控制裝置；以及具有其上面分布了對(duì)象的一表面的結(jié)構(gòu)；其中根據(jù)對(duì)象是否符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象利用光束控制裝置分類(lèi)對(duì)象。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于分類(lèi)對(duì)象的裝置包括以預(yù)定的流體速率將對(duì)象引導(dǎo)進(jìn)入輸入通道的裝置；用于匯集對(duì)象的裝置；用于評(píng)價(jià)對(duì)象以判斷哪些對(duì)象符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的裝置；以及用于對(duì)符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象和不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)的裝置。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于分類(lèi)對(duì)象的裝置包括一個(gè)用于在一結(jié)構(gòu)表面分布對(duì)象的裝置；以及根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，使用光束控制裝置評(píng)價(jià)在所述的結(jié)構(gòu)中的對(duì)象的裝置。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于分類(lèi)對(duì)象的裝置包括一個(gè)用于在膠體中分布對(duì)象的裝置；用于檢測(cè)符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象的裝置；以及用于將符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象和不符合標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)的裝置。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，分類(lèi)對(duì)象的方法包括有步驟利用光學(xué)陷阱訪問(wèn)對(duì)象的步驟；檢查所述對(duì)象以確定其身份；以及根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)將所述確定身份的對(duì)象分類(lèi)。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于分類(lèi)對(duì)象的裝置包括用于利用光學(xué)陷阱訪問(wèn)對(duì)象的裝置；用于檢查所述對(duì)象以確定其身份的裝置；以及用于根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將所述確定身份的對(duì)象分類(lèi)的裝置。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于分類(lèi)對(duì)象的裝置包括光束控制裝置，其包括激光器，其提供用于照明的激光束；衍射光學(xué)元件，其將所述光束衍射為多條細(xì)光束；以及物鏡，其會(huì)聚這些細(xì)光束，因此產(chǎn)生導(dǎo)致光學(xué)數(shù)據(jù)流以形成光學(xué)陷阱的光學(xué)梯度條件；以及樣本腔，對(duì)象被引入其中，捕獲以及分類(lèi)。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，控制對(duì)象的方法包括將對(duì)象引入一個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)；利用光束控制裝置，根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)對(duì)象；以及根據(jù)所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，利用所述光束控制裝置控制對(duì)象。
在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，破壞對(duì)象的方法包括利用光束控制裝置訪問(wèn)對(duì)象；檢查所述對(duì)象以確定其身份；根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將所述確定身份的對(duì)象分類(lèi)，以及當(dāng)所述對(duì)象符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，破壞所述確定身份的對(duì)象。
最后，在符合本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于破壞對(duì)象的裝置包括用于利用光束控制裝置訪問(wèn)對(duì)象的裝置；用于檢查所述對(duì)象以確定其身份的裝置；用于根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將所述確定身份的對(duì)象分類(lèi)的裝置；以及用于當(dāng)所述對(duì)象符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，破壞所述確定身份的對(duì)象的裝置。
上面已經(jīng)進(jìn)寬泛地概述了一些符合本發(fā)明的特征，以使更好地理解下面的詳細(xì)描述，及更好地認(rèn)識(shí)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，下面將詳細(xì)描述的符合本發(fā)明的附加特征，并且將形成這里要求保護(hù)的主題。
出于此，在詳細(xì)說(shuō)明符合本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于在下面的描述或


中應(yīng)用的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，以及組件的設(shè)置。符合本發(fā)明的方法和裝置適合其它實(shí)施例，并且可以通過(guò)不同的方式實(shí)踐和執(zhí)行。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，這里所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)，以及下面所包括的摘要，是為描述發(fā)明的目的而不能認(rèn)為是限制。
這樣，熟知本技術(shù)的人員將認(rèn)識(shí)到，發(fā)明所公開(kāi)的概念可以容易地用作其它用于執(zhí)行本發(fā)明幾個(gè)目的的結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，重要的是權(quán)利要求被認(rèn)為包括這樣的等價(jià)物結(jié)構(gòu)，它們由不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的方法和本發(fā)明的裝置構(gòu)成。

圖1概括地表示了根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的全息光學(xué)捕獲系統(tǒng)。
圖2A和2B是根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視概略圖和頂視概略圖，表示被引導(dǎo)進(jìn)入樣本保持器中的樣本。
圖3描述了根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的樣本腔的掃描電子顯微照片。
圖4表示根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的樣本腔的工作區(qū)域的放大視圖。
圖5是根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于分類(lèi)對(duì)象的全息光學(xué)捕獲系統(tǒng)的概略圖。
圖6表示根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于分類(lèi)的橫向偏轉(zhuǎn)的例子。
圖7A和7B分別表示根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的匯集陷阱的概略正視圖和側(cè)視圖。
圖8表示根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于旋轉(zhuǎn)盤(pán)(disk-based)的分類(lèi)的細(xì)胞。
圖9表示根據(jù)符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)蠕動(dòng)(peristalsis)。
具體實(shí)施例方式
在如圖1所示的全息光學(xué)捕獲裝置或系統(tǒng)100中，光線從激光系統(tǒng)入射，并且如向下箭頭所表示，以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100。
相位構(gòu)圖光學(xué)元件101最好是動(dòng)態(tài)光學(xué)元件(DOE)，其具有動(dòng)態(tài)表面，其也是純相位空間光調(diào)制(SLM)，例如“PAL-SLM series X7665”，由日本Hamamatsu制造，“SLM 512SA7”或“SLM 512SA15”，都是由美國(guó)科羅拉多Boulder Nonlinear System of Lafayette制造。這些動(dòng)態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件101被計(jì)算機(jī)控制以通過(guò)在介質(zhì)中編碼的全息圖來(lái)生成細(xì)光束，其可以變化以產(chǎn)生細(xì)光束以及選擇細(xì)光束的形式。在圖1的左下方生成的相位構(gòu)圖102產(chǎn)生右下方示出的陷阱103，其填有在水105中懸浮著的1μm直徑硅石球體104。因此，該系統(tǒng)100由左下方動(dòng)態(tài)全息控制。
激光束傳播通過(guò)透鏡106，107，到達(dá)分色鏡108。該分束器108由分色鏡，光子帶隙鏡，全向反射鏡，或者其它類(lèi)似設(shè)備構(gòu)成。該分束器108有選擇地反射用于形成光學(xué)陷阱103的光波長(zhǎng)，并且透射其它波長(zhǎng)。從分束器108區(qū)域反射的部分光然后通過(guò)一個(gè)編碼的相位構(gòu)圖光學(xué)元件的區(qū)域，該光學(xué)元件基本上配置在與一聚焦透鏡(物鏡)109的平的后孔徑共軛的平面中。
在本發(fā)明之前，已經(jīng)構(gòu)思過(guò)在單獨(dú)光束光學(xué)捕獲(也稱(chēng)為激光或光學(xué)鑷取)中，高數(shù)值孔徑透鏡對(duì)于可接受的光學(xué)陷阱是需要的。這一想法的基礎(chǔ)是，對(duì)于光學(xué)捕獲，使用在入射光的電場(chǎng)中的梯度以捕獲粒子。為了具有大的捕獲力，人們想到在電場(chǎng)已經(jīng)必須具有大的梯度(或者光線強(qiáng)度數(shù)值)。通常完成該方案的作法是通過(guò)高數(shù)值孔徑透鏡來(lái)通過(guò)該光場(chǎng)。
涉及在大的視野中觀察和樣本捕獲是這樣的觀察和捕獲將包括具有低數(shù)值孔徑的物鏡。與現(xiàn)有教導(dǎo)相反，例如，本發(fā)明提供低數(shù)值孔徑透鏡，例如作為圖1中的物鏡109。在這種情況下觀察和捕獲的能力在從通過(guò)低放大率透鏡給出大的視野中獲得好處的任何應(yīng)用中是有用的，例如放置微觀制造的部分或者與大量對(duì)象，例如細(xì)胞進(jìn)行工作。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，3微米硅石球體104在水105中懸著，被具有空前低數(shù)值孔徑的透鏡109捕獲。所使用的該透鏡109由Nikon制造(a)具有0.10NA的Plan 4x；以及(b)具有0.25NA的Plan 10x。
合適的相位構(gòu)圖光學(xué)元件特征在于依賴(lài)于它們?nèi)绾我龑?dǎo)聚焦光束或者其它能量源的透射性或者反射性。透射性衍射光學(xué)元件傳送光束或者其它能量源，而反射性衍射光學(xué)元件則反射光束。
相位構(gòu)圖光學(xué)元件101也可以分類(lèi)為具有靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)表面。合適的靜態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件的例子包括那些具有一個(gè)或多個(gè)固定表面區(qū)域，例如光柵，包括衍射光柵，反射光柵，以及透射光柵，全息圖，包括多色全息圖，模板，光線整形全息氯光器，多色全息圖，透鏡，反射鏡，棱鏡，波片以及類(lèi)似物。該靜態(tài)的透射性的相位構(gòu)圖光學(xué)元件特征在于固定表面。
但是，在一些實(shí)施例中，相位構(gòu)圖光學(xué)元件101本身是可移動(dòng)的，因此允許用于通過(guò)相對(duì)激光束移動(dòng)相位構(gòu)圖光學(xué)元件101以選擇合適的區(qū)域來(lái)選擇一個(gè)或多個(gè)固定的表面區(qū)域。
靜態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件可以被附加在一軸上以及一通過(guò)一受控電機(jī)(未示出)被旋轉(zhuǎn)。該靜態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件具有固定表面以及離散區(qū)域。在其它靜態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件的實(shí)施例中，或者透射性或反射性，該固定表面具有不同類(lèi)的表面，實(shí)際上包含連續(xù)變化的區(qū)域，或者離散區(qū)域的組合，以及實(shí)際上連續(xù)改變的區(qū)域。
合適的動(dòng)態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件的例子對(duì)于它們的功能具有時(shí)間相關(guān)方面，這些例子包括計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的衍射圖形，相位偏移物質(zhì)，液晶相位偏移陣列，微鏡陣列，包括活塞模式的微鏡陣列，空間光調(diào)制器，光電偏轉(zhuǎn)器，聲光調(diào)制器，可變形反射鏡，反射性MEMS陣列以及類(lèi)似物。具有動(dòng)態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件101，包括相位構(gòu)圖光學(xué)元件101的介質(zhì)105編碼可以改變的全息圖，以將一構(gòu)圖的相位偏移施加給聚焦光束，導(dǎo)致在聚焦的光束的相位輪廓的對(duì)應(yīng)改變，例如衍射或者會(huì)聚。因此，介質(zhì)105可以改變以產(chǎn)生光學(xué)陷阱103的位置改變。動(dòng)態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件101的優(yōu)點(diǎn)在于介質(zhì)105可以改變以獨(dú)立地移動(dòng)每一個(gè)光學(xué)陷阱103。
在這些實(shí)施例中，其中細(xì)光束的相位輪廓，在外圍不強(qiáng)烈而在從外圍向內(nèi)的區(qū)域中更強(qiáng)烈，將背孔徑通過(guò)填充小于約15％對(duì)于形成比沒(méi)有過(guò)填充背孔徑形成的光學(xué)陷阱相比在外圍具有更大強(qiáng)度的光學(xué)陷阱。
在一些實(shí)施例中，光學(xué)陷阱的形式可以從其原始形式改變?yōu)橐稽c(diǎn)的光學(xué)陷阱，光學(xué)漩渦，貝塞耳光束，光學(xué)瓶子，光學(xué)旋轉(zhuǎn)器或者光籠子。該光學(xué)陷阱可以在兩維或三維上移動(dòng)。在相位構(gòu)圖光學(xué)元件也用于將一特定的拓?fù)淠Ｊ绞┘又良す?，例如，通過(guò)將高斯模轉(zhuǎn)換為高斯一拉塞爾腔模。因此，一條細(xì)光束可以形成高斯—拉塞爾腔模，而其它細(xì)光束可以形成高斯模。高斯—拉塞爾腔模的使用通過(guò)減小輻射壓力明顯地增強(qiáng)了捕獲。
1.成像系統(tǒng)當(dāng)前的工具設(shè)計(jì)使用高分辨率的CCD攝像機(jī)，用于初級(jí)成像系統(tǒng)110。由于該技術(shù)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，CCD攝像機(jī)(見(jiàn)圖5中的參考標(biāo)記511)的主要優(yōu)點(diǎn)是有利的性價(jià)比。CCD攝像機(jī)的其它優(yōu)點(diǎn)是它們的廣泛動(dòng)態(tài)范圍以及容易產(chǎn)生數(shù)字輸出。
在計(jì)算機(jī)屏幕(見(jiàn)圖5中的參考標(biāo)記510)上看到圖像以提供用于選擇陷阱位置的參考幀，以及將操作者不小心暴露于激光下的可能性最小化。
2.用戶界面a.對(duì)象顯示用戶界面包括計(jì)算機(jī)屏幕，其顯示由CCD攝像機(jī)采集到的視野。用戶利用鼠標(biāo)指明陷阱的位置。還具有刪除位置的選項(xiàng)。
下面將更詳細(xì)的描述，用戶也能夠指定每一個(gè)陷阱的能量，從而能夠避免樣本被破壞。除此之外，期望能夠改變陷阱的能量，因?yàn)椴东@依賴(lài)于樣本的折射率與懸浮介質(zhì)之間的差別，該懸浮介質(zhì)對(duì)于不同樣本是不同的。
b.全息圖指明陷阱的位置的目的是提供全息圖計(jì)算的輸入。全息圖實(shí)際上是傅立葉變換產(chǎn)生期望的陷阱陣列的功能。但是在液晶顯示的情況下，該功能是相位對(duì)象(即，改變波陣面相位而不吸收任何能量的對(duì)象)。
c.選擇陷阱組的方法當(dāng)需要大量的陷阱時(shí)，利用計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)指明其位置的時(shí)間可能很長(zhǎng)。因此，有幾個(gè)選項(xiàng)可以減小需要的時(shí)間。
通常人們希望使用陷阱在一個(gè)特定的方向上移動(dòng)對(duì)象。這可以通過(guò)使用鼠標(biāo)創(chuàng)建一條線(通過(guò)拖拽)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該計(jì)算機(jī)程序?qū)⒁粭l線解釋為要求一系列待被序列地部署的陷阱，并且充分接近到一起，從而以小步幅移動(dòng)目標(biāo)，而不失去對(duì)目標(biāo)的鎖定。
本發(fā)明還包括改變陷阱高度的能力。如果激光束平行于物鏡109的光軸，則陷阱形成在相同的高度上作為透鏡109的焦平面。改變陷阱的高度通過(guò)調(diào)節(jié)全息圖來(lái)完成，從而當(dāng)其進(jìn)入顯微鏡的物鏡109時(shí)，形成陷阱的光束輕微會(huì)聚(或分散)。使用透鏡調(diào)節(jié)陷阱的高度是可能的，但是僅一個(gè)全息光學(xué)捕獲(HOT)允許每一個(gè)獨(dú)立的陷阱的高度被調(diào)節(jié)而與任何一個(gè)其它陷阱無(wú)關(guān)。這是通過(guò)液晶全息圖引致的調(diào)節(jié)相位調(diào)制的計(jì)算機(jī)程序所實(shí)現(xiàn)。
3.樣本保持器a.概述本發(fā)明的樣本腔200(見(jiàn)圖2A和2B)是便宜的并且可以任意使用的。盡管下面描述本發(fā)明的樣本腔200，本發(fā)明的其它目的是用于創(chuàng)建彈性設(shè)計(jì)，其可以針對(duì)不同的應(yīng)用而改變。
樣本腔200位于顯微鏡滑塊201表面。樣本腔200包括一系列通道203，用于引入樣本或者對(duì)象。通道203通過(guò)薄管204(商業(yè)上可購(gòu)得)連接至提供和搜集庫(kù)。樣本或者對(duì)象將懸浮在流體介質(zhì)中，并且將通過(guò)通道203被引入工作區(qū)域。樣本腔200由覆蓋片205覆蓋。
b.樣本腔制造在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，聚乙稀(二甲基硅氧烷)(PDMS)樹(shù)脂用于制造樣本腔200。該處理包括利用標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM方法在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建期望的通道203的圖形，以及利用傳統(tǒng)的光阻/蝕刻技術(shù)將圖形轉(zhuǎn)換為光掩模。該光掩模然后用作為負(fù)掩模以創(chuàng)建通道的反向圖形，這些通道被蝕刻在硅晶片上。通道203的深度由蝕刻時(shí)間控制。硅晶片是實(shí)際的樣本腔200的負(fù)向復(fù)制品。最后的步驟包括通過(guò)在晶片上傳布PDMS并且聚合創(chuàng)建正向樣本腔200。這導(dǎo)致與玻璃滑塊201結(jié)合的PDMS模，并且由覆蓋片205覆蓋。玻璃與PDMA結(jié)合由氧蝕刻產(chǎn)生，氧蝕刻激活暴露的表面。
為保證組成質(zhì)量，需要一些附加步驟。例如，為了防止形成氣泡，PDMS溶液/硬度在真空下被保持。硅晶片被硅烷化，以防止PDMS與晶片粘接。有不同的步驟，包括清洗復(fù)制品，并且保持適當(dāng)?shù)沫h(huán)境控制。這些表示的是標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。
通道203連接到微孔管204，使用由膠水214保持的小的注射器針206，通道203通過(guò)PDMS模被插入小的圓形井207，圓形井207與每一個(gè)通道203連接。利用微型泵208，樣本溶液被引入到通道203。
圖2B表示在210通過(guò)注射器泵208引入樣本的典型的設(shè)置圖。介質(zhì)在211處被引入，并且在21處收集廢棄物，而期望收集在213。
圖3是表示作為從上述方法實(shí)際創(chuàng)建的圖2B中的圖的掃描電子顯微圖。通道大約50微米寬，50微米深。圖4是表示“工作”容積的掃描電子顯微圖，其中將發(fā)生樣本的控制。圖形清楚地表示通道203是平滑而且清潔的。盡管通道203是矩形的截面，也可以設(shè)計(jì)其它形狀。通道203被設(shè)計(jì)為允許樣本流入“工作區(qū)域”，工作區(qū)域的形狀可以是根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求所定制的設(shè)計(jì)。
c.全息光學(xué)陷阱與序列定址多個(gè)捕獲點(diǎn)，并且因此時(shí)間共享的掃描的光學(xué)陷阱不同，全息光學(xué)陷阱連續(xù)照明它們的陷阱中的每一個(gè)。對(duì)于一個(gè)已經(jīng)掃描的光學(xué)陷阱，為了獲得與連續(xù)照明的陷阱同樣的捕獲力，其必須提供至少相同時(shí)間平均的強(qiáng)度。這意味著掃描的陷阱必須通過(guò)與至少捕獲區(qū)域的數(shù)量成比例的因子具有較高的峰值強(qiáng)度。該較高峰值強(qiáng)度增加了在捕獲的物質(zhì)中光學(xué)引入破壞的機(jī)會(huì)。該破壞可能由至少三個(gè)機(jī)理引起(1)單個(gè)光子吸收導(dǎo)致的局部發(fā)熱，(2)單個(gè)光子吸收導(dǎo)致的光化學(xué)轉(zhuǎn)換，以及(3)多個(gè)光子吸收導(dǎo)致的光化學(xué)轉(zhuǎn)換。事件(1)和(2)可能通過(guò)選擇被捕獲物質(zhì)弱吸收的光波長(zhǎng)，以及通過(guò)周?chē)黧w介質(zhì)而被減輕。事件(3)是一個(gè)更常見(jiàn)的問(wèn)題，其通過(guò)利用較長(zhǎng)的波長(zhǎng)光而被部分地減輕。因此，通過(guò)在一個(gè)對(duì)象的多個(gè)點(diǎn)中連續(xù)分布較小數(shù)量的力，全息光學(xué)陷阱可以更緩和地控制精細(xì)的物質(zhì)，具有明顯效果，而不是通過(guò)將全部力施加在一個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)上或者對(duì)于一個(gè)時(shí)期以較高強(qiáng)度來(lái)潛在地破壞該對(duì)象。
在符合本發(fā)明的實(shí)施例中，設(shè)計(jì)是彈性的，其中可以用標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)通道203任何希望的圖形。圖形的復(fù)雜度不是一個(gè)因數(shù)，只要通道203分離得足夠遠(yuǎn)從而彼此不互相撞擊就可以。由于可以在圖2B和3中看到，多組通道203可以容易地被容納，從而單個(gè)芯片可以用于多個(gè)實(shí)驗(yàn)。此外，一旦制作了模子，可以用于制作數(shù)以千計(jì)個(gè)樣本腔，所以該方法容易地適用于大批量生產(chǎn)的技術(shù)。估計(jì)當(dāng)批量生產(chǎn)時(shí)單個(gè)腔的相關(guān)成本將達(dá)到百分之幾的量級(jí)。
4.光學(xué)系統(tǒng)a.合成全息圖全息光學(xué)陷阱的早期版本使用自不同的物質(zhì)制做的固定的全息圖制造。這些足以證明使用全息圖創(chuàng)建幾百個(gè)陷阱的原理。但是這些全息圖的主要缺點(diǎn)是，它們是靜態(tài)的，并且花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)來(lái)制作單個(gè)全息圖。隨著硬件的進(jìn)步，生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的液晶顯示器每秒鐘能夠形成多次全息圖，使用光學(xué)陷阱作為動(dòng)態(tài)設(shè)備已經(jīng)變得切實(shí)可行。下面將描述計(jì)算全息圖的原理。
b.顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)110包括標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量光線顯微鏡。物鏡是高數(shù)值孔徑的透鏡109，其與長(zhǎng)工作距離聚光透鏡相耦合。高數(shù)值孔徑物鏡109用于進(jìn)行捕獲。而長(zhǎng)工作距離聚光透鏡可能多少會(huì)降低圖像的分辨率，不損害捕獲，并提供外部空間，靠近樣本滑片以容納波導(dǎo)設(shè)備和容器。對(duì)象可以通過(guò)陷阱保持它們，以及垂直或者橫向地移動(dòng)顯微鏡臺(tái)而被移動(dòng)。
在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，大約2mW的激光能量被采用以在陷阱中產(chǎn)生200微瓦。來(lái)自2W激光的可用的功率級(jí)適于創(chuàng)建大約1000個(gè)陷阱。綠激光(532nm)被使用，但是也可以使用其它波長(zhǎng)，包括，例如，遠(yuǎn)紅激光與吸收大約532nm數(shù)值的物質(zhì)工作。
捕獲依靠折射率梯度，從而具有接近周?chē)橘|(zhì)的折射率的材料需要具有較高功率級(jí)的陷阱。此外，物質(zhì)被破壞的容限將隨著陷阱能量而變化，因此對(duì)于用戶希望能夠控制該參數(shù)。用戶可以利用圖形界面上顯示的“能量滑塊器”在任意特定的陷阱中增加功率級(jí)。
c.液晶全息圖(也稱(chēng)為空間光調(diào)制器或SLM)空間光調(diào)制108實(shí)際上是由靜電場(chǎng)控制，進(jìn)而可以由計(jì)算機(jī)程序控制的液晶陣列。液晶顯示陣列具有根據(jù)所施加的電場(chǎng)的強(qiáng)度，將光線的相位延遲不同量的特性。
向列性液晶設(shè)備用于顯示或用于需要大的純相位調(diào)制深度(2II或者更大)的應(yīng)用。向列性液晶分子通常在設(shè)備表面排列，由于液晶雙折射而給出最大的延遲。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，分子平行于電場(chǎng)發(fā)生傾斜。當(dāng)電壓增大時(shí)，沿著非常軸的折射率，且因此該雙折射被有效降低，致使設(shè)備的延遲的減少。
d.激光可用的激光包括固態(tài)激光，二極管抽運(yùn)激光，氣體激光，染料激光，變石激光，自由電子激光，VCSEL激光，二極管激光，Ti-藍(lán)寶石激光，摻雜YAG激光，摻雜YLF激光，二極管抽運(yùn)YAG激光，以及閃光燈抽運(yùn)YAG激光。工作在10mW和5W之間的二極管抽運(yùn)Nd:YAG激光是較佳的。該較佳的用于形成研究生物物質(zhì)的激光束波長(zhǎng)包括紅外線，近紅外線，可見(jiàn)紅光，綠光，以及可見(jiàn)藍(lán)光波長(zhǎng)，具有從400nm到1060nm的波長(zhǎng)是最好的。
5.操作方法在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)捕獲系統(tǒng)500(見(jiàn)圖5)(例如由Arryx，Inc.銷(xiāo)售的BioRYx系統(tǒng)，芝加哥，伊利諾依州)包括NixonTE2000系列顯微鏡501，用于使用全息光學(xué)捕獲單元505形成光學(xué)陷阱的機(jī)座放置其中。附加了一個(gè)外殼的換鏡旋轉(zhuǎn)盤(pán)502，通過(guò)該機(jī)座直接安裝進(jìn)顯微鏡501。對(duì)于成像，一個(gè)照明源503設(shè)置在物鏡504之上，以照明樣本506。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)陷阱系統(tǒng)100(見(jiàn)圖1和5)包括一個(gè)第一光通道的一端，其接近到光學(xué)元件，和第一光通道的另一端，該另一端同與其垂直形成的第二光通道相交叉并通信。第二光通道在顯微鏡透鏡安裝轉(zhuǎn)臺(tái)或“換鏡旋轉(zhuǎn)盤(pán)”的基座中形成。該換鏡旋轉(zhuǎn)盤(pán)適合于安裝入Nixon TE200系列顯微鏡。第二光通道與第三光通道通信，第二光通道也是與第二光通道垂直。通過(guò)換鏡旋轉(zhuǎn)盤(pán)的底座，第三光通道從換鏡旋轉(zhuǎn)盤(pán)的頂表面橫穿，并且與物鏡聚焦透鏡109平行。聚焦透鏡109具有頂部和底部，形成一背孔徑。在第二光通道與聚焦透鏡背孔徑之間的第三光通道中放置的是分色鏡分束器108。
用于形成光學(xué)陷阱的光學(xué)陷阱系統(tǒng)中的其它組件包括第一反射鏡，其通過(guò)第一光通道，反射從相位構(gòu)圖光學(xué)元件101中散發(fā)的細(xì)光束；第一組轉(zhuǎn)移光學(xué)裝置106，設(shè)置在第一光通道中，被對(duì)準(zhǔn)以接收由第一反射鏡反射的細(xì)光束；第二組轉(zhuǎn)移光學(xué)裝置107，設(shè)置在第一光通道中，被對(duì)準(zhǔn)以接收通過(guò)第一組轉(zhuǎn)移透鏡的細(xì)光束；以及第二鏡反射鏡108，定位于與第一光通道和第二光通道交叉的位置，被對(duì)準(zhǔn)以反射通過(guò)第二組轉(zhuǎn)移光學(xué)裝置以及通過(guò)第三光學(xué)通道的細(xì)光束。
為了產(chǎn)生光學(xué)陷阱，激光束引導(dǎo)來(lái)自激光器507(見(jiàn)圖5)，通過(guò)校準(zhǔn)儀以及通過(guò)光纖端508以及反射離開(kāi)衍射光學(xué)元件509的動(dòng)態(tài)表面。離開(kāi)校準(zhǔn)儀和光纖端的光束被衍射光學(xué)元件的動(dòng)態(tài)表面衍射為多條細(xì)光束。每一條細(xì)光束的數(shù)量，類(lèi)型和方向可以通過(guò)改變?cè)趧?dòng)態(tài)表面介質(zhì)中編碼的全息圖被控制和改變。然后細(xì)光束反射離開(kāi)第一反射鏡通過(guò)第一組轉(zhuǎn)移光學(xué)裝置下至該第一光通道，通過(guò)第二組轉(zhuǎn)移光學(xué)裝置至第二反射鏡；并且在分色鏡509向上引導(dǎo)至物鏡504的背孔徑，通過(guò)物鏡504被會(huì)聚，因此產(chǎn)生形成光學(xué)陷阱必須的光學(xué)梯度條件。通過(guò)分色鏡509分裂的用于成像的光線的部分，通過(guò)第三光通道的較低部分形成光學(xué)數(shù)據(jù)流(見(jiàn)圖1)。
生物物質(zhì)樣本的光譜可以采用成像照明源503被實(shí)現(xiàn)，該照明源503適合光譜或者偏振的光背散射，前者用于評(píng)價(jià)化學(xué)身份，后者適用于測(cè)量?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的尺度，例如細(xì)胞核大小。在一些實(shí)施例中使用這樣的光譜學(xué)方法，細(xì)胞被問(wèn)詢。計(jì)算機(jī)510可以用于分析光譜數(shù)據(jù)，并且識(shí)別具有X或Y染色體的細(xì)胞，或者疑似癌癥，癌癥前期和/或非癌癥細(xì)胞類(lèi)型。計(jì)算機(jī)程序則可以采用該信息以引導(dǎo)光學(xué)陷阱來(lái)容納所選擇的細(xì)胞類(lèi)型。所容納的細(xì)胞則可以根據(jù)所容納的細(xì)胞與化學(xué)品反應(yīng)或結(jié)合而被識(shí)別。
當(dāng)前的方法和系統(tǒng)使適于用于跟蹤每一個(gè)光學(xué)陷阱的運(yùn)動(dòng)和內(nèi)容的半自動(dòng)或自動(dòng)化處理。該運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)視頻攝像機(jī)511，光譜，或者光學(xué)數(shù)據(jù)流被監(jiān)視，以及其提供計(jì)算機(jī)程序，控制細(xì)胞的選擇和光學(xué)陷阱的產(chǎn)生。
在其它實(shí)施例中，根據(jù)由編碼相位構(gòu)圖光學(xué)元件產(chǎn)生的每一個(gè)光學(xué)陷阱預(yù)定運(yùn)動(dòng)，跟蹤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。此外，在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)程序被用于保持容納在每一個(gè)光學(xué)陷阱中的每一個(gè)細(xì)胞的記錄。
然后通過(guò)操作者的可視化檢查，光譜地，和/或視頻監(jiān)視可以看到光學(xué)數(shù)據(jù)流，被轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，被監(jiān)視，或者被分析。光學(xué)數(shù)據(jù)流也可以通過(guò)光檢測(cè)器處理以監(jiān)視強(qiáng)度，或者任何適當(dāng)?shù)脑O(shè)備以將光學(xué)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)使用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。
在不使用SLM的解決方案中，運(yùn)動(dòng)通過(guò)將對(duì)象從第一組光學(xué)陷阱轉(zhuǎn)移至第二，第三，然后第四，等等而實(shí)現(xiàn)。為了將對(duì)象從第一位置移動(dòng)到第二位置，靜態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件圍繞一主軸被旋轉(zhuǎn)，以將激光束與第二區(qū)域?qū)?zhǔn)，第二區(qū)域在對(duì)應(yīng)的第二組預(yù)定位置產(chǎn)生第二組光學(xué)陷阱。通過(guò)在接近于第一位置構(gòu)建第二組光學(xué)陷阱，探針可以從第一組光學(xué)陷阱傳遞至第二組光學(xué)陷阱。該序列可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)相位構(gòu)圖光學(xué)元件從第二組預(yù)定位置不斷傳遞探針至第三組預(yù)定位置，從第三組位置至第四組預(yù)定位置，并且從第四組預(yù)定位置，等等，以對(duì)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于期望位置的適當(dāng)區(qū)域。在一組光學(xué)陷阱結(jié)束與下一組光學(xué)陷阱產(chǎn)生之間的時(shí)間間隔是一段保證探針在漂走之前轉(zhuǎn)移至下一組光學(xué)陷阱的持續(xù)時(shí)間。
在對(duì)象從寬至窄接近性的交叉運(yùn)動(dòng)中，以類(lèi)似的方式出現(xiàn)細(xì)胞的交叉運(yùn)動(dòng)。但是，當(dāng)對(duì)象從第一組光學(xué)陷阱傳遞到第二組，并且移動(dòng)至第二組以及后來(lái)的位置時(shí)，陷阱的交叉排列允許對(duì)象被緊湊地打包，而不放置一組光學(xué)陷阱以同時(shí)非常接近兩個(gè)對(duì)象，將導(dǎo)致這些對(duì)象被錯(cuò)誤的光學(xué)陷阱容納。
一旦一個(gè)對(duì)象或細(xì)胞與陷阱相互作用，光譜方法可以用于詢問(wèn)細(xì)胞。通過(guò)使用成像照明，例如適用于不彎曲的光譜或者偏振的光背散射，可能獲得這些具有正向結(jié)果的細(xì)胞(即，與標(biāo)記反應(yīng)或者結(jié)合的這些細(xì)胞)的光譜。計(jì)算機(jī)可以分析光譜數(shù)據(jù)以識(shí)別期望目標(biāo)，并且引導(dǎo)相位構(gòu)圖光學(xué)元件將期望目標(biāo)分離。當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和/或操作者進(jìn)行選擇被拋棄的細(xì)胞和被收集的細(xì)胞。
光學(xué)蠕動(dòng)(見(jiàn)圖9)是一個(gè)現(xiàn)有的處理，在設(shè)置的微流體通道401采用平行的若干行陷阱400，當(dāng)?shù)谝恍邢葳灞魂P(guān)閉時(shí)，這些行之間的間隔允許一行中捕獲的粒子402被推入另一行中的陷阱中。光學(xué)蠕動(dòng)可以用作為替換方案并且與熒光標(biāo)記結(jié)合(后面將結(jié)合應(yīng)用描述)。該處理通過(guò)對(duì)若干行陷阱的消失進(jìn)行定時(shí)而操作，從而粒子以這些行陷阱的設(shè)置指定的期望的方向移動(dòng)。通過(guò)選擇一行陷阱是否在一側(cè)或者其它粒子開(kāi)或關(guān)，粒子將在一個(gè)方向上向前或者向后移動(dòng)。通過(guò)使用大量的陷阱，因此大量的粒子可能沿著給定的方向一致運(yùn)動(dòng)。因此，附著在陷阱上的粒子可以移動(dòng)到給定的區(qū)域，并且如果需要，在那里聚集。
類(lèi)似地，通過(guò)逐漸地朝著一給定方向減小這些行中的陷阱之間的間隔，和/或改變這些陷阱行的曲率，粒子可能被掃入聚焦圖形以將它們集中。將這樣的圖形反向?qū)⑹惯@些粒子分散。
陷阱行之間的間隔可以相對(duì)較大以加速粒子的運(yùn)動(dòng)，或者相對(duì)較窄使它們慢下來(lái)。類(lèi)似地，改變所選擇的陷阱或行的強(qiáng)度，并且增強(qiáng)它們對(duì)粒子的影響，也可以被采用。通過(guò)會(huì)聚或者發(fā)散流，粒子可以被結(jié)合或者分離。此外，例如光學(xué)蠕動(dòng)也可以與不同的粘滯拖拽效果或者電場(chǎng)結(jié)合，以產(chǎn)生復(fù)雜的和特定參數(shù)值的組，用于更好地分離物質(zhì)。通過(guò)將捕獲和其它力反向，兩個(gè)力平衡點(diǎn)確定粒子是否以陷阱或其它的力運(yùn)動(dòng)。
在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用全息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)蠕動(dòng)，其通過(guò)一序列相位圖形循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)對(duì)應(yīng)序列的全息光學(xué)捕獲圖形。這樣的圖形可以在安裝在棱鏡表面的減輕反射衍射光學(xué)元件的表面中被編碼，其中每一個(gè)圖形通過(guò)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)入位。類(lèi)似地，透射衍射光學(xué)元件可以被放置在盤(pán)的周邊上并旋轉(zhuǎn)通過(guò)這些圖形循環(huán)。也可以使用可切換的在膜上編碼的相位全息圖和相位光柵。
對(duì)于通過(guò)外部偏置力驅(qū)動(dòng)通過(guò)直線陣列的粒子，例如流體流，其中捕獲力被認(rèn)為大于外部驅(qū)動(dòng)力，該些粒子被捕獲。在偏置力更大處，粒子流通過(guò)陣列。在這些極限值之間，偏置力超過(guò)捕獲力，超過(guò)的程度對(duì)于不同部分的粒子是不同的，導(dǎo)致粒子沿著陣列的主軸方向從陷阱跳躍到陷阱?？梢杂^察到零網(wǎng)(zero network)偏轉(zhuǎn)，此處陣列被旋轉(zhuǎn)到45°，因?yàn)?1)正向和負(fù)向位移以相等的概率發(fā)生；或者(2)粒子變得被鎖進(jìn)了[11]方向，通過(guò)陣列對(duì)角跳躍。
通過(guò)一陣列被影響到一更大程度的粒子比通過(guò)偏置力影響到一更大程度的粒子，可被偏轉(zhuǎn)到更大的角度。在粒子上施加的光學(xué)梯度力大致以a3變化，其中a＝半徑。在粒子上的斯托克斯拖拽以a變化。因此，較大的粒子受到陷阱陣列的不成比例的影響，而較小的粒子經(jīng)歷較小的偏轉(zhuǎn)。取向該陣列到接近最佳偏轉(zhuǎn)角度，并且調(diào)整強(qiáng)度以在跳躍條件下放置最大的粒子，且因此比較小的粒子更大的偏轉(zhuǎn)。通過(guò)第一行下游的附加陣列，不同偏轉(zhuǎn)的粒子可以被收集，或者進(jìn)一步被分級(jí)(fractionation)。
用于分級(jí)的一些常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一施加力方向上的分離。但是這樣的技術(shù)在成批樣本上而非連續(xù)地操作。
用于微分級(jí)的其它傳統(tǒng)的技術(shù)采用構(gòu)成障礙物的二維格子的微制作的篩。例如，障礙物的不對(duì)稱(chēng)的放置調(diào)整通過(guò)篩的粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致粒子流過(guò)依賴(lài)于粒子的擴(kuò)散系數(shù)的路徑。但是，微制作的格子的使用產(chǎn)生妨礙，并且對(duì)粒子大小和類(lèi)型是不可調(diào)整的。
圖6中給出了根據(jù)本發(fā)明的粒子分類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。盡管所闡述的例子僅僅是示例了橫向偏轉(zhuǎn)，可以在同樣的系統(tǒng)中獲得光學(xué)蠕動(dòng)。視頻圖像的表示給出了基于光的物質(zhì)分離，在這一情況下，協(xié)調(diào)以根據(jù)粒子大小分離對(duì)象。左上方通道中流包括1、2.25和4.5μm粒子，另一流從左下方進(jìn)入。重疊線表示當(dāng)系統(tǒng)激光能量關(guān)閉時(shí)的各通道流。當(dāng)激光能量打開(kāi)時(shí)，交互區(qū)域(由重疊的綠色框指失)中的光線，從上面的流提取4.5μm粒子，并將它們傳遞到由重疊的白色路徑表明的右下方通道。
6.在精子分類(lèi)上的應(yīng)用a.背景在符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用光學(xué)捕獲技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高分辨率，高產(chǎn)量細(xì)胞分類(lèi)器。通過(guò)傳統(tǒng)的串流細(xì)胞儀的失敗，證明了需要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)作為新的分類(lèi)基礎(chǔ)，從而執(zhí)行在許多分類(lèi)問(wèn)題中需要的細(xì)胞特性高分辨率確定。在本例中，在養(yǎng)牛業(yè)，區(qū)分含有X-和Y-染色體的精子，流率實(shí)際上從當(dāng)今的技術(shù)狀態(tài)系統(tǒng)的速率被換算回來(lái)(scaledback)。原因在于傳統(tǒng)串流細(xì)胞儀計(jì)數(shù)在進(jìn)行熒光/非熒光確定中是最好的，在該模式下，可以實(shí)現(xiàn)30,000細(xì)胞/秒的速率操作。由于問(wèn)題變成一個(gè)在不同熒光級(jí)別(例如在精子分離問(wèn)題中)之間的鑒別，這些方法變得非常沒(méi)有效果。在精子分離問(wèn)題上，具有X-和Y-染色體的精子在熒光上差異約為4％，該速率降低到每秒4,000輸出細(xì)胞。(見(jiàn)J.L.Schenk，etal..，Proceedings，The Range Beef Cow Symposium XVI，1999.)b.利用全息光學(xué)陷阱分類(lèi)本發(fā)明的高分辨率，高產(chǎn)量(throughout)細(xì)胞分類(lèi)的方法，具有下面的組件微流體顯影(development)，光學(xué)陷阱系統(tǒng)顯影(用于運(yùn)送系統(tǒng)的捕獲組件，以及用于分離系統(tǒng)的陷阱組件)，高分辨率熒光測(cè)量，系統(tǒng)控制(包括全息圖計(jì)算)，以及機(jī)械設(shè)計(jì)。
第一組件是流單元，其具有流體輸入通道，運(yùn)送輸入樣本，以及兩條輸出通道，運(yùn)送從輸入通道分離出來(lái)的細(xì)胞。第二組件是一組陷阱，它們執(zhí)行“匯集”功能(這里的“匯集”功能是傳統(tǒng)的流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中形成小滴流的噴嘴等價(jià)物)。第三組件是檢測(cè)系統(tǒng)，以及最后，第四組件是分類(lèi)系統(tǒng)。圖7A-7B表示了這四個(gè)組件之間的關(guān)系。
在本例中，精子用作為分離的樣本目標(biāo)。傳統(tǒng)的方法中使用Hoechst33342區(qū)分具有X-和Y-染色體的精子，特定地結(jié)合至DNA的染色，以這樣的方式全部熒光表示是在全部DNA表示的測(cè)量。該熒光的測(cè)量實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)染色體負(fù)載的性質(zhì)的評(píng)價(jià)。(Schenk，1999；以及，Erik B.vanMunster，Cytometry，volume 47，page 192，2002)。
許該本發(fā)明的該建議的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量的實(shí)際的特性是其內(nèi)在的在平行線上同時(shí)運(yùn)行物質(zhì)的能力，而且相互之間接近。對(duì)于該最初的實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)建具有10條輸入線300的流系統(tǒng)，每一條線300隔開(kāi)10微米。這設(shè)置了從輸入庫(kù)到該流的110微米的整體寬度。該輸出通道302，303為與輸入通道301相同的110微米的寬度，并且它們與輸入通道301平行運(yùn)行，如圖7A和7B所示。引入“輸出通道”302，303的是緩沖液，其以保持在輸入通道301中相同的流率被饋入這些通道。所有這三個(gè)通道301，302，303被設(shè)計(jì)為在感興趣的流范圍上的。在分類(lèi)區(qū)域中，特定的細(xì)胞從輸入通道301被轉(zhuǎn)移至輸出通道302，303中的一條，所有的三條流是相鄰的，它們之間沒(méi)有機(jī)械分離。層流在它們的各自流中保持任何物質(zhì)，除非特定的外部力被引入以將物質(zhì)從一條流通道到另一條流通道。
匯集陷阱305作用于輸入細(xì)胞306，因此它們都穿入到嚴(yán)格意義的流線中，并且因此這些輸入細(xì)胞306彼此分離一個(gè)由操作者設(shè)置的最小距離306。在通道301，302，303中的流率通過(guò)該最小距離306，通過(guò)執(zhí)行分離功能的設(shè)備的“更新”率，并且通過(guò)期望的所有的細(xì)胞處理速率而被設(shè)置。假設(shè)在我們的樣本情況下的最小距離為20微米(足夠完全分開(kāi)精子頭部，但是是允許尾部的無(wú)序重疊的距離)，和1,500細(xì)胞/秒的處理速率，該系統(tǒng)使用3mm/秒的流率，[(15,000細(xì)胞/秒)×(20微米/細(xì)胞-線)÷(10線)]。
匯集系統(tǒng)由低強(qiáng)度陷阱305的圖形構(gòu)成該圖形由一組靜態(tài)全息圖構(gòu)成，其安裝在旋轉(zhuǎn)輪中，從而圖形作為旋轉(zhuǎn)圖形的函數(shù)而變化。大部分下游的陷阱是固定的強(qiáng)度以及位置，僅用于保持流細(xì)胞線之間的分離。上游的陷阱305被允許隨時(shí)間改變強(qiáng)度以及位置，以在團(tuán)集的細(xì)胞上分配流，并通過(guò)獨(dú)立的或者不團(tuán)集的細(xì)胞。
分類(lèi)確定時(shí)的測(cè)量可能在匯集陷阱305的下游區(qū)域發(fā)生，或者其可能在匯集系統(tǒng)之外的區(qū)域發(fā)生。對(duì)于該初始系統(tǒng)，測(cè)量將包括高分辨率的熒光檢測(cè)。但是將來(lái)可以實(shí)現(xiàn)其他的主動(dòng)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，例如散射測(cè)量，或者可以使用被動(dòng)技術(shù)，例如先前所說(shuō)的那些使用光學(xué)偏轉(zhuǎn)的技術(shù)。
設(shè)備最后的組件是分離系統(tǒng)，其中分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)被利用以將細(xì)胞傳遞至輸出通道302，303中的一條，或者允許它們保持在輸入通道301的流中。對(duì)于該組件的重要參數(shù)是用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)分離的動(dòng)態(tài)陷阱305陣列的高數(shù)值孔徑物鏡304的視野。該視野的寬度是110微米，與獨(dú)立通道的寬度相同。但是其長(zhǎng)度取決于通道深度和用于控制這些陷阱的光學(xué)設(shè)備的更新率。
當(dāng)前，符合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包括空間光調(diào)制器，其創(chuàng)建相位掩模，在驅(qū)動(dòng)光學(xué)捕獲系統(tǒng)時(shí)是高度有效的。這些設(shè)備具有30Hz的更新率或者更高。估計(jì)具有10微米的通道深度，并且假設(shè)精子細(xì)胞應(yīng)該在1微米的步幅運(yùn)動(dòng)，使用空間光調(diào)制器的10次更新，以將細(xì)胞從輸入通道301中心移動(dòng)至輸出通道302或303的中心。具有30Hz的更新數(shù)值，這些10步幅的實(shí)現(xiàn)將在1/3秒之內(nèi)發(fā)生。這些10步幅在流的方向上在1mm的長(zhǎng)度上以3mm/秒的流率實(shí)現(xiàn)。用于分離組件的該物鏡304將因此具有110微米×1000微米的工作區(qū)域。該方案的一個(gè)重要的開(kāi)發(fā)區(qū)域?qū)嶋H上是透鏡組件的設(shè)計(jì)。透鏡設(shè)計(jì)的折中通常是視野和數(shù)值孔徑之間的。也就是說(shuō)，對(duì)于一特定復(fù)雜性的透鏡組件，在這些區(qū)域中的一個(gè)的明顯的性能改善將伴隨另一個(gè)區(qū)域中性能的下降。由于這個(gè)原因，在區(qū)域中使用的高性能透鏡例如集成電路電子產(chǎn)品的高分辨率，平板印刷是相當(dāng)復(fù)雜的。但是本發(fā)明明顯地在這些透鏡組中的性能水平之下。
7.寬場(chǎng)漩渦鑷取的公開(kāi)具有寬場(chǎng)視野的鑷取包括顯微鏡物鏡，其具有一個(gè)相對(duì)低的數(shù)值孔徑。在軸向的光學(xué)捕獲對(duì)象的能力依賴(lài)于以將在軸向具有最大梯度的方式將光束向下聚焦。這暗示了光錐將形成具有最寬可能半徑。該錐體的半徑直接由物鏡的數(shù)值孔徑確定，即高數(shù)值孔徑意味著寬錐體半徑。這直接與寬場(chǎng)視野的需求相沖突。按照傳統(tǒng)進(jìn)行的鑷取難于具有軸向?qū)捯曇?。軸向鑷取的難度的主要原因之一是被聚焦光束的輻射壓力。尤其對(duì)于與周?chē)橘|(zhì)在強(qiáng)度上良好匹配的粒子，例如，聚苯乙稀微球體，輻射壓力可以將粒子吹出陷阱。由于低數(shù)值孔徑物鏡，難于在軸向上以足夠的鑷取力來(lái)克服輻射壓力。但是，全息光學(xué)陷阱具有形成光異常(exotic)模式的能力，其明顯地減小了光束的輻射壓力。例如漩渦陷阱，具有黑中心，因?yàn)楣獾母淖兿辔辉谙葳宓闹行南?。該黑中心表示向下行至光束中心的大部分光線不再存在。實(shí)際上這些光束，隱藏了光的大部分輻射壓力，因此它們的去除明顯地減弱軸向捕獲的難度。其它模式，例如圓環(huán)圈模式具有同樣的優(yōu)點(diǎn)。
通常，通過(guò)具有多條可利用的光束，對(duì)象或細(xì)胞的控制(推壓，引導(dǎo)，分類(lèi))被使得更安全。類(lèi)似于釘床，多個(gè)鑷子保證低在細(xì)胞中任何特定的點(diǎn)被引入較少能量。這消除了熱點(diǎn)并減低破壞的風(fēng)險(xiǎn)。任何破壞性的雙光子處理明顯有益，因?yàn)槲帐桥c激光能量的平方成比例的。僅增加了第二鑷子將特定點(diǎn)的雙光子吸收降低了4倍。大的細(xì)胞例如四膜蟲(chóng)，其通過(guò)鑷子陣列保持在一個(gè)位置，包括大量激光能量用于有效捕獲。將能量置于一個(gè)單獨(dú)的陷阱中將導(dǎo)致對(duì)細(xì)胞的立即破壞。
最后，通過(guò)利用全息光學(xué)捕獲，即使僅單個(gè)細(xì)胞的控制明顯增強(qiáng)。由一行鑷子可控制一個(gè)單獨(dú)的頰上皮細(xì)胞，其沿著一側(cè)的周邊提升該細(xì)胞。該產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)允許360度觀察該細(xì)胞。除了觀察生物樣本的這一優(yōu)點(diǎn)之外，還具有穩(wěn)定地定向樣本的能力，對(duì)于對(duì)樣本定向有很強(qiáng)依賴(lài)性的研究，例如散射實(shí)驗(yàn)，其具有明顯的好處。
8.基于旋轉(zhuǎn)盤(pán)的細(xì)胞分類(lèi)器由于大量的精子是典型的突然射出，在精子變得不再有功能之前僅小量的時(shí)間可用，每秒大量的精子(以百萬(wàn)數(shù)量級(jí))被分類(lèi)用于商業(yè)上可存活的精子分類(lèi)器。由于具有并行處理大量細(xì)胞的能力，采用全息光學(xué)陷阱的分類(lèi)體現(xiàn)出非常大的優(yōu)點(diǎn)。
使用激光快速訪問(wèn)大量點(diǎn)的技術(shù)已經(jīng)以旋轉(zhuǎn)激光盤(pán)，CD播放器，或者DVD播放器的形式存在了。這些設(shè)備組合了盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和激光的徑向運(yùn)動(dòng)，以不可思議的高速訪問(wèn)點(diǎn)。例如，典型的DVD播放器可以在兩個(gè)小時(shí)左右訪問(wèn)盤(pán)上近4千兆個(gè)分離的“位”。將該旋轉(zhuǎn)盤(pán)方案與光學(xué)捕獲(見(jiàn)圖8)相組合允許以類(lèi)似的速度訪問(wèn)細(xì)胞，并且全息光學(xué)捕獲將這些速度提高了大約100倍甚至更高。
如圖8所示，對(duì)象或者細(xì)胞被引入樣本入口700，并且使用適當(dāng)?shù)臉颖緜魉拖到y(tǒng)701，這些細(xì)胞被提供至由馬達(dá)控制旋轉(zhuǎn)的樣本分配盤(pán)702。該成像和捕獲系統(tǒng)703，與控制和分析系統(tǒng)704連接，將細(xì)胞分類(lèi)，并且它們被收集進(jìn)樣本腔705和706。
有很多在盤(pán)的表面上分配細(xì)胞的機(jī)理。流體腔，其外殼與細(xì)胞相獨(dú)立；膠體，其粘滯細(xì)胞；粘的或者蠟質(zhì)表面，其結(jié)合細(xì)胞；或者甚至將細(xì)胞冷凍為固體狀態(tài)，都是可以使用的方法。一旦細(xì)胞被定位，從而它們保持它們的相對(duì)位置，它們可以被準(zhǔn)確地測(cè)量。然后光學(xué)捕獲可以從表面或者容積中釋放希望或者不想要的細(xì)胞。在期望分類(lèi)為兩組以上的情況下，每一組可以在單獨(dú)通過(guò)中被釋放，并且可以執(zhí)行多個(gè)通過(guò)。
9.利用可融襯底的細(xì)胞和非生物物質(zhì)分類(lèi)例如熒光激活的細(xì)胞分類(lèi)(FACS)的技術(shù)，盡管已經(jīng)很好地建立，實(shí)際上它們是一系列的處理方法。因?yàn)樵谏飳W(xué)中普遍存在標(biāo)記染色，根據(jù)這些染色進(jìn)行分類(lèi)成為可能。這些染色經(jīng)常在染色和未染色的精子之間創(chuàng)建一些波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)范圍的吸收的差別，假設(shè)將被分類(lèi)的組本質(zhì)上尚未表現(xiàn)出這一吸收差別。全息光學(xué)陷阱則可以被使用以加熱和控制精子進(jìn)入襯底，該襯底由于精子升高的溫度而融化。隨著明顯的溫度升高，該嵌入的精子可以后來(lái)被釋放。此外，較快，甚至并行處理方法成為可能，該方法中細(xì)胞由寬帶的高能量光源照明，其同時(shí)處理整個(gè)精子陣列。同樣一組方法可以應(yīng)用在非生物樣本中，這些非生物樣本在吸收光譜上不同，或者也可以有選擇地這樣做。
10.基于膠體的分類(lèi)全息光學(xué)激光陷阱在對(duì)象的控制方向方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，其中它們能夠訪問(wèn)并在三個(gè)方向移動(dòng)對(duì)象。由于生物分類(lèi)應(yīng)用變得更加先進(jìn)，經(jīng)常以少量的時(shí)間，大量的精子需要分類(lèi)。全息光學(xué)陷阱三維訪問(wèn)意味著這些分類(lèi)應(yīng)用可被實(shí)現(xiàn)。很麻煩或不可能進(jìn)行系列分類(lèi)或在兩維襯底上進(jìn)行分類(lèi)的感興趣的大量細(xì)胞和其他生物樣本可以被有效地分類(lèi)。
這樣的三維分類(lèi)的一中實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于可逆的膠體處理。細(xì)胞在一網(wǎng)絡(luò)上被粘滯，然后希望或不希望的細(xì)胞利用全息光學(xué)陷阱被從膠體中抽取出來(lái)。來(lái)自陷阱的熱量可以用于融化膠體并提供出口路徑。
可選地，采用全息光學(xué)激光陷阱，根據(jù)一些標(biāo)準(zhǔn)有選擇地被殺死細(xì)胞。整個(gè)膠體然后被融化，并且活的細(xì)胞與死細(xì)胞分離。與僅僅殺死不同，可以產(chǎn)生更加具有破壞性的熱爆炸，它使細(xì)胞分解為更小的部分，然后根據(jù)大小進(jìn)行分類(lèi)，分組或者將某些細(xì)胞再連接在一起。
11.生物樣本的殺死選擇性地殺死生物樣本的能力有大量的應(yīng)用的好處。一個(gè)這樣的應(yīng)用是將病原體從血液中去除。另一個(gè)應(yīng)用是細(xì)胞分類(lèi)。細(xì)胞被識(shí)別，一組或多組細(xì)胞被殺死，然后死細(xì)胞被去除。該殺死通過(guò)來(lái)自激光本身的光能量執(zhí)行，不需要光學(xué)陷阱執(zhí)行這一功能。
實(shí)際上，通過(guò)激光束，細(xì)胞被加熱或者細(xì)胞周?chē)慕橘|(zhì)被加熱，破壞和殺死了細(xì)胞。全息光學(xué)陷阱，因?yàn)樗鼈兊耐ㄓ眯院腿S控制，允許選擇性的，大量并行殺死細(xì)胞。
12.固定電子組件注意到上述許多技術(shù)能夠用于移動(dòng)小的電子組件或者將電子組件固定就位。
參考上面的實(shí)施例已經(jīng)具體描述了本發(fā)明，那些本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以進(jìn)行的各種其它的形式以及細(xì)節(jié)上的改變，而不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.對(duì)象分類(lèi)的方法，包括以預(yù)定的流速將對(duì)象引入輸入通道；利用光束控制裝置匯集這些對(duì)象；評(píng)價(jià)這些對(duì)象，以確定哪些符合預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)；以及將符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象從不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象中分離出來(lái)。
2.據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括以跟所述輸入通道中相同的流速，引入緩沖液至平行于所述輸入通道配置的輸出通道，從而形成層流的平行線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中分類(lèi)步驟進(jìn)一步包括將符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象從所述輸入通道傳送到所述輸出通道之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中當(dāng)執(zhí)行該分類(lèi)步驟時(shí)，在所述的輸入通道和所述的輸出通道之間沒(méi)有機(jī)械分離。
5.據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括利用匯集步驟中的所述光束控制裝置，保持在所述層流的平行線中的對(duì)象之間的最小距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中在所述輸入通道和所述輸出通道內(nèi)的所述流速通過(guò)所述最小距離，通過(guò)在執(zhí)行分類(lèi)步驟中的更新率，以及通過(guò)一個(gè)整體對(duì)象處理速率而被設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)象是精子，并且分類(lèi)步驟是將具有X染色體的精子從具有Y染色體的精子中分離出來(lái)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述光束控制裝置是一個(gè)光學(xué)捕獲裝置，其形成若干光學(xué)陷阱，并且所述光學(xué)陷阱包括由安裝在旋轉(zhuǎn)輪上的一組靜態(tài)全息圖建立的低強(qiáng)度陷阱圖形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述光學(xué)陷阱的圖形作為所述旋轉(zhuǎn)圖形的函數(shù)而改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在所述匯集步驟中位于下游區(qū)域中的所述光學(xué)陷阱為固定的強(qiáng)度和位置，并且保持所述對(duì)象的所述層流的線之間的分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在所述匯集步驟中位于上游區(qū)域中的所述光學(xué)陷阱隨時(shí)間改變強(qiáng)度和位置，以干擾成團(tuán)的對(duì)象的層流，并通過(guò)單個(gè)對(duì)象的層流。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述分類(lèi)步驟在所述下游區(qū)域中的最早點(diǎn)進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)包括散射測(cè)量和光學(xué)偏轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在所述分類(lèi)步驟中，用于實(shí)現(xiàn)所述光束控制裝置的物鏡的視野的寬度，是與所述輸入通道和所述輸出通道視野相同的寬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述輸入通道的長(zhǎng)度和所述輸出通道的長(zhǎng)度依賴(lài)于所述流速，所述通道的深度，以及每一條所述通道的所述更新率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中創(chuàng)建相位掩模的空間光調(diào)制器被使用以驅(qū)動(dòng)所述光束控制裝置，并且至少一個(gè)所述光線調(diào)制器的更新率至少為30Hz。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述物鏡具有相對(duì)低的數(shù)值孔徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中來(lái)自所述光束控制裝置的光束錐體的半徑是由所述數(shù)值孔徑直接確定的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中使用多條光束。
20.對(duì)象分類(lèi)的方法，包括在一結(jié)構(gòu)的表面上分配這些對(duì)象；以及利用光束控制裝置，根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)所述結(jié)構(gòu)中的這些對(duì)象。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述結(jié)構(gòu)是一個(gè)盤(pán)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括將所述盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與激光的徑向運(yùn)動(dòng)相組合，以訪問(wèn)所述對(duì)象。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括保證這些對(duì)象在盤(pán)上保持它們的相對(duì)位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述的保證步驟包括將每一個(gè)對(duì)象提供在一個(gè)流體腔中。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述保證步驟包括在膠體中固定這些對(duì)象。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述保證步驟包括提供粘附表面以結(jié)合這些對(duì)象。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述的保證步驟包括在膠體中包圍這些對(duì)象。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括測(cè)量這些對(duì)象以確定它們的相對(duì)位置。
29.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的光束控制裝置是一個(gè)光學(xué)捕獲裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的結(jié)構(gòu)是襯底，并且所述襯底被加熱以融化所述襯底的一個(gè)表面，并且這些對(duì)象被嵌入在所述襯底的所述表面。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中當(dāng)所述襯底被再加熱時(shí)，對(duì)象從所述襯底的所述表面釋放出來(lái)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)是預(yù)定的吸收光譜。
33.對(duì)象分類(lèi)的方法，包括在膠體中分布這些對(duì)象；檢測(cè)符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象；并且將符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象從不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象中分離出來(lái)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中利用光束控制裝置實(shí)現(xiàn)該分類(lèi)步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中利用來(lái)自所述光束控制裝置中使用的激光器的熱量以融化所述膠體，從而對(duì)希望的對(duì)象提供出口路徑。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象被殺死。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中施加熱量以融化所述膠體，并且符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象從不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象中被分離出來(lái)。
38.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中產(chǎn)生熱量爆發(fā)，以將不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象分解為殘留物，從而能夠在所述殘留物上根據(jù)大小實(shí)現(xiàn)分類(lèi)步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象被殺死。
40.用于對(duì)象分類(lèi)的裝置，包括多個(gè)光學(xué)陷阱，利用光學(xué)捕獲裝置形成該多個(gè)光學(xué)陷阱；輸入通道，所述對(duì)象以預(yù)定的流速被引入該輸入通道；至少一條輸出通道；其中利用所述光學(xué)陷阱，在進(jìn)入所述輸出通道之前的分類(lèi)區(qū)域，根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)象分類(lèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中所述輸入通道與所述至少一條輸出通道平行。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的裝置，其中所述輸入通道和所述至少一條輸出通道具有相同的寬度。
43.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中緩沖液是以與所述輸入通道中保持的相同的流速引入所述至少一條輸出通道。
44.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中在所述的分類(lèi)區(qū)域中，在所述輸入通道中的流與所述至少一條輸出通道中的流之間沒(méi)有機(jī)械分離。
45.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中所述光學(xué)陷阱在所述輸入通道中匯集這些對(duì)象，從而這些對(duì)象沿著流的嚴(yán)格限定的線行進(jìn)，并且彼此分離一個(gè)最小距離。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的裝置，其中所述輸入通道和所述至少一條輸出通道中的所述流速是通過(guò)所述最小距離，通過(guò)在分類(lèi)步驟執(zhí)行中的更新率，以及通過(guò)整體對(duì)象處理速率而被設(shè)定的。
47.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中所述對(duì)象是精子，在所述分類(lèi)區(qū)域中將具有X染色體的精子與具有Y染色體的精子分離。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的裝置，其中執(zhí)行所述匯集的所述光學(xué)陷阱包括由安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)輪上的一組靜態(tài)全息圖建立的低強(qiáng)度陷阱圖形。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的裝置，其中光學(xué)陷阱的所述圖形作為所述旋轉(zhuǎn)圖形的函數(shù)而改變。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的裝置，其中在下游區(qū)域中執(zhí)行所述匯集的所述光學(xué)陷阱具有固定的強(qiáng)度和位置，并且保持所述對(duì)象的流的所述線之間分離。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中在上游區(qū)域中執(zhí)行所述匯集的所述光學(xué)陷阱隨時(shí)間來(lái)改變強(qiáng)度和位置，以干擾成團(tuán)的對(duì)象流，并且通過(guò)獨(dú)立對(duì)象流。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的裝置，其中所述分類(lèi)區(qū)域配置在所述下游區(qū)域中的最上方的點(diǎn)。
53.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中所述分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)包括散射測(cè)量以及光學(xué)偏轉(zhuǎn)。
54.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置，其中在所述分類(lèi)區(qū)域中用于實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)陷阱的物鏡視野的寬度與所述輸入通道和所述至少一條輸出通道的視野寬度相同。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的裝置，其中所述輸入通道的長(zhǎng)度以及所述至少一條輸出通道的長(zhǎng)度依賴(lài)于所述流速，所述通道的深度，以及每一條所述通道的所述更新率。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的裝置，其中創(chuàng)建相位掩模的空間光調(diào)制器被使用以驅(qū)動(dòng)所述光學(xué)陷阱，并且至少一個(gè)所述空間光調(diào)制器的更新率至少為30Hz。
57.根據(jù)權(quán)利要求54的裝置，其中所述物鏡具有相對(duì)低的數(shù)值孔徑。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的裝置，其中所述光學(xué)陷阱上使用的光束錐體的半徑由所述數(shù)值孔徑直接確定。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的裝置，其中使用多條光束。
60.用于對(duì)象分類(lèi)的裝置，包括光束控制裝置；以及一個(gè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有分布有這些對(duì)象的一個(gè)表面；其中根據(jù)這些對(duì)象是否符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，使用所述光束控制裝置將這些對(duì)象分類(lèi)。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的裝置，其中所述結(jié)構(gòu)是一個(gè)盤(pán)。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的裝置，其中所述盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與來(lái)自所述光束控制裝置的激光的徑向運(yùn)動(dòng)結(jié)合以訪問(wèn)所述對(duì)象。
63.根據(jù)權(quán)利要求60的裝置，其中這些對(duì)象在所述盤(pán)上保持它們的相對(duì)位置。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的裝置，其中通過(guò)以下方法中的一種來(lái)保持所述相對(duì)位置，將每一個(gè)對(duì)象提供在一個(gè)流體腔中，將對(duì)象固定在膠體中，及提供粘附表面以結(jié)合對(duì)象。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的裝置，其中測(cè)量所述對(duì)象以確定其相對(duì)位置。
66.根據(jù)權(quán)利要求60的裝置，其中所述結(jié)構(gòu)是襯底，并且所述襯底被加熱以融化所述襯底的一個(gè)表面，并且這些對(duì)象被嵌入在所述襯底的所述表面中。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的裝置，其中當(dāng)所述襯底被再加熱時(shí)，所述對(duì)象從所述襯底的所述表面上釋放出來(lái)。
68.根據(jù)權(quán)利要求60的裝置，其中所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)是預(yù)定的吸收光譜。
69.用于對(duì)象分類(lèi)的裝置，包括用于引導(dǎo)對(duì)象以預(yù)定速率進(jìn)入輸入通道的裝置；用于匯集這些對(duì)象的裝置；用于評(píng)價(jià)這些對(duì)象以確定哪些對(duì)象符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的裝置；以及用于將符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象從不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象中分離出來(lái)的裝置。
70.用于對(duì)象分類(lèi)的裝置，包括用于在一結(jié)構(gòu)的表面上分布這些對(duì)象的裝置；以及用于利用光束控制裝置根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)在所述結(jié)構(gòu)中的這些對(duì)象的裝置。
71.用于對(duì)象分類(lèi)的裝置，包括用于在膠體中分布這些對(duì)象的裝置；用于檢測(cè)符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象的裝置；以及用于將符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象從不符合所述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象中分離的裝置。
72.用于對(duì)象分類(lèi)的方法，包括利用光學(xué)陷阱訪問(wèn)對(duì)象；檢查所述對(duì)象以確定其特性；以及根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將所述被確定特性的對(duì)象分類(lèi)。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，其中所述光學(xué)陷阱是通過(guò)以下步驟產(chǎn)生的將來(lái)自激光器的激光束引向衍射光學(xué)元件，該衍射光學(xué)元件將所述光束衍射為多條細(xì)光束；以及通過(guò)物鏡會(huì)聚這些細(xì)光束，因此產(chǎn)生導(dǎo)致光學(xué)數(shù)據(jù)流的光學(xué)梯度條件以形成所述光學(xué)陷阱。
74.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)對(duì)該對(duì)象執(zhí)行光譜測(cè)量來(lái)確定該對(duì)象特性。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，其中通過(guò)使用成像照明源給對(duì)象照明來(lái)執(zhí)行所述光譜測(cè)量。
76.根據(jù)權(quán)利要求75的方法，其中評(píng)定該對(duì)象的化學(xué)特性。
77.根據(jù)權(quán)利要求76的方法，其中執(zhí)行所述對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測(cè)量。
78.根據(jù)權(quán)利要求76的方法，其中符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的所述對(duì)象被包含在所述光學(xué)陷阱中。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)所述被包含對(duì)象與預(yù)定化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)和結(jié)合之一來(lái)識(shí)別所述對(duì)象。
80.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，其中監(jiān)視每一個(gè)光學(xué)陷阱的運(yùn)動(dòng)和包含物這兩者中的至少一個(gè)。
81.根據(jù)權(quán)利要求80的方法，其中利用視頻攝像機(jī)、光譜以及所述光學(xué)數(shù)據(jù)流之一來(lái)執(zhí)行所述監(jiān)視。
82.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，其中根據(jù)由對(duì)所述光學(xué)元件進(jìn)行編碼所致使的每一個(gè)光學(xué)陷阱的預(yù)定運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
83.根據(jù)權(quán)利要求81的方法，進(jìn)一步包括保持包含在每一個(gè)光學(xué)陷阱中的每一個(gè)對(duì)象的記錄。
84.根據(jù)權(quán)利要求83的方法，其中所述光學(xué)數(shù)據(jù)流被處理以監(jiān)視其密度。
85.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，其中所述對(duì)象被從一個(gè)光學(xué)陷阱轉(zhuǎn)移到第二個(gè)光學(xué)陷阱。
86.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中所述對(duì)象通過(guò)使用圍繞一主軸旋轉(zhuǎn)的靜態(tài)相位構(gòu)圖光學(xué)元件，以將所述激光束與在接近所述一個(gè)光學(xué)陷阱的對(duì)應(yīng)組的預(yù)定位置產(chǎn)生第二組光學(xué)陷阱的另一區(qū)域?qū)?zhǔn)而被轉(zhuǎn)移。
87.根據(jù)權(quán)利要求86的方法，其中所述光學(xué)陷阱的設(shè)置是交錯(cuò)的。
88.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，其中當(dāng)所述對(duì)象符合所述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所述對(duì)象被標(biāo)記。
89.根據(jù)權(quán)利要求85的方法，其中所述對(duì)象通過(guò)光學(xué)蠕動(dòng)被轉(zhuǎn)移。
90.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)以下方法的至少一個(gè)形成對(duì)象的聚焦圖形，即，減少排成朝著預(yù)定方向的線的所述光學(xué)陷阱之間的間隔，和減小所述光學(xué)陷阱的所述線的曲率。
91.根據(jù)權(quán)利要求90的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)以下方法中的至少一個(gè)將所述對(duì)象的聚焦圖形分散，即，增加排成朝著預(yù)定方向的線的所述光學(xué)陷阱之間的間隔，和增加所述光學(xué)陷阱的所述線的曲率。
92.根據(jù)權(quán)利要求90的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)增加所述光學(xué)陷阱的所述線之間的所述間隔來(lái)增加對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
93.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)降低所述光學(xué)陷阱的所述線之間的所述間隔，降低對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
94.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括其中選擇的光學(xué)陷阱的強(qiáng)度和所述光學(xué)陷阱的線是變化的。
95.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中所述光學(xué)蠕動(dòng)與粘性曳力和電場(chǎng)之一的差動(dòng)效應(yīng)相結(jié)合。
96.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中所述光學(xué)蠕動(dòng)由全息系統(tǒng)執(zhí)行，該全息系統(tǒng)循環(huán)通過(guò)一序列相位圖形，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)序列的全息光學(xué)捕獲圖形。
97.根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中所述圖形在所述光學(xué)元件表面上被編碼，該光學(xué)元件被旋轉(zhuǎn)以循環(huán)通過(guò)每一個(gè)圖形。
98.根據(jù)權(quán)利要求97的方法，其中使用可轉(zhuǎn)換的在膜上編碼的相位光柵和相位全息圖。
99.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括增加偏置力，使得對(duì)象流通過(guò)直線陣列，而不是被所述光學(xué)陷阱捕獲。
100.根據(jù)權(quán)利要求99的方法，其中所述偏置力可以不同，致使所述對(duì)象沿著所述陣列的主軸的方向從一個(gè)光學(xué)陷阱移動(dòng)到另一個(gè)光學(xué)陷阱。
101.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，其中所述陷阱的高度可以改變。
102.根據(jù)權(quán)利要求101的方法，其中通過(guò)調(diào)整所述全息圖，以使形成所述光學(xué)陷阱的所述光束在其進(jìn)入所述物鏡時(shí)發(fā)生匯聚或分散，從而執(zhí)行所述高度改變。
103.根據(jù)權(quán)利要求102的方法，其中由所述全息圖引致的相位調(diào)制的調(diào)節(jié)，對(duì)所述一個(gè)光學(xué)陷阱的所述高度進(jìn)行調(diào)節(jié)以使其與另一個(gè)光學(xué)陷阱無(wú)關(guān)地改變。
104用于對(duì)象分類(lèi)的裝置，包括利用光學(xué)陷阱訪問(wèn)對(duì)象的裝置；用于檢查所述對(duì)象以確定其特性的裝置；以及用于根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將所述被確定特性的對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)的裝置。
105.用于對(duì)象分類(lèi)的裝置，包括光束控制裝置，該光束控制裝置包括提供用于照明的激光光束的激光器；將所述光束衍射為多條細(xì)光束的衍射光學(xué)元件；以及會(huì)聚所述細(xì)光束，因此產(chǎn)生導(dǎo)致光學(xué)數(shù)據(jù)流以形成光學(xué)陷阱的光學(xué)梯度條件的物鏡；以及樣本腔，在該樣本腔中所述對(duì)象被引入，捕獲及被分類(lèi)。
106.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中通過(guò)用所述的光學(xué)陷阱保持這些對(duì)象以及垂直或水平地移動(dòng)顯微鏡的載物臺(tái)來(lái)移動(dòng)這些對(duì)象。
107.根據(jù)權(quán)利要求106的裝置，其中所述光學(xué)元件具有一個(gè)靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的表面。
108.根據(jù)權(quán)利要求107的裝置，其中所述光學(xué)元件是由靜電場(chǎng)控制的液晶陣列。
109.根據(jù)權(quán)利要求108的裝置，其中所述液晶陣列的液晶是向列液晶。
110.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述光學(xué)元件包括至少一個(gè)固定的表面區(qū)域。
111.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述光學(xué)元件包括光柵，全息圖，透鏡，反射鏡，棱鏡，以及波板。
112.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述光學(xué)元件具有一時(shí)間相關(guān)的功能。
113.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述物鏡具有相對(duì)低的數(shù)值孔徑。
114.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)成像系統(tǒng)。
115.根據(jù)權(quán)利要求114的裝置，其中所述成像系統(tǒng)是一個(gè)攝像機(jī)。
116.根據(jù)權(quán)利要求114的裝置，進(jìn)一步包括顯示器。
117.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述光學(xué)陷阱功率級(jí)被監(jiān)視。
118.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述光學(xué)陷阱是全息光學(xué)陷阱。
119.根據(jù)權(quán)利要求118的裝置，其中所述光學(xué)陷阱的高度能夠改變。
120.根據(jù)權(quán)利要求119的裝置，其中通過(guò)調(diào)節(jié)所述全息圖，以使形成所述光學(xué)陷阱的所述光束在其進(jìn)入所述物鏡時(shí)匯聚或分散，從而執(zhí)行所述高度改變。
121.根據(jù)權(quán)利要求120的裝置，其中由所述全息圖導(dǎo)致的相位圖調(diào)制的調(diào)節(jié)，對(duì)所述一個(gè)光學(xué)陷阱的所述高度進(jìn)行調(diào)節(jié)以使其與另一個(gè)光學(xué)陷阱無(wú)關(guān)地改變。
122.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述樣本腔包括用于引入所述對(duì)象的多條通道。
123.根據(jù)權(quán)利要求122的裝置，其中所述通道通過(guò)注射器針頭連接至管，該管引至提供和收集庫(kù)。
124.根據(jù)權(quán)利要求123的裝置，其中所述對(duì)象被懸浮在流體介質(zhì)中。
125.根據(jù)權(quán)利要求123的裝置，其中微型泵將具有懸浮對(duì)象的所述流體介質(zhì)引入所述樣本腔的所述通道。
126.根據(jù)權(quán)利要求122的裝置，其中所述通道為50微米寬，50微米深。
127.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述樣本腔由PDMS樹(shù)脂制成。
128.根據(jù)權(quán)利要求118的裝置，其中所述全息光學(xué)陷阱通過(guò)在所述對(duì)象的多個(gè)點(diǎn)上連續(xù)分布相對(duì)較小的力來(lái)控制所述對(duì)象。
129.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)在分類(lèi)之前識(shí)別所述對(duì)象。
130.根據(jù)權(quán)利要求129的裝置，其中所述對(duì)象被利用光譜測(cè)量識(shí)別。
131.根據(jù)權(quán)利要求130的裝置，其中通過(guò)使用成像照明源照明所述對(duì)象來(lái)執(zhí)行所述光譜測(cè)量。
132.根據(jù)權(quán)利要求131的裝置，其中所述對(duì)象的化學(xué)特性被評(píng)價(jià)。
133.根據(jù)權(quán)利要求131的裝置，其中對(duì)該對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測(cè)量被執(zhí)行。
134.根據(jù)權(quán)利要求129的裝置，其中符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的所述對(duì)象容納在所述光學(xué)陷阱中。
135.根據(jù)權(quán)利要求134的裝置，其中根據(jù)所述包含的對(duì)象與預(yù)定化學(xué)品的的反應(yīng)和結(jié)合兩者之一來(lái)識(shí)別所述對(duì)象。
136.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中每一個(gè)光學(xué)陷阱的運(yùn)動(dòng)和包含物兩者中的至少一個(gè)被監(jiān)視。
137.根據(jù)權(quán)利要求136的裝置，其中利用視頻攝像機(jī)，光譜和所述光學(xué)數(shù)據(jù)流中的一個(gè)來(lái)執(zhí)行所述監(jiān)視。
138.根據(jù)權(quán)利要求136的裝置，其中根據(jù)由編碼所述光學(xué)元件所導(dǎo)致的每一個(gè)光學(xué)陷阱的預(yù)定運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤所述對(duì)象的所述運(yùn)動(dòng)。
139.根據(jù)權(quán)利要求136的裝置，其中每一個(gè)光學(xué)陷阱中包含的每一個(gè)對(duì)象的記錄被保持。
140.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述光學(xué)數(shù)據(jù)流被處理以監(jiān)視其強(qiáng)度。
141.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述對(duì)象從一個(gè)光學(xué)陷阱被轉(zhuǎn)移至第二個(gè)光學(xué)陷阱。
142.根據(jù)權(quán)利要求141的裝置，其中所述對(duì)象通過(guò)使用圍繞主軸旋轉(zhuǎn)的靜態(tài)相位圖形光學(xué)元件，以將所述激光束與另一區(qū)域?qū)?zhǔn)，該另一區(qū)域在接近所述一個(gè)光學(xué)陷阱對(duì)應(yīng)組的預(yù)定位置產(chǎn)生第二組光學(xué)陷阱而被轉(zhuǎn)移。
143.根據(jù)權(quán)利要求141的裝置，其中所述光學(xué)陷阱的排列是交錯(cuò)的。
144.根據(jù)權(quán)利要求130的裝置，其中當(dāng)所述對(duì)象符合所述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所述對(duì)象被標(biāo)記。
145.根據(jù)權(quán)利要求141的裝置，其中通過(guò)光學(xué)蠕動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)移所述對(duì)象。
146.根據(jù)權(quán)利要求145的裝置，其中通過(guò)以下方法中的至少一個(gè)來(lái)形成所述對(duì)象的聚焦圖形，即，減小在朝著預(yù)定方向排成線的所述光學(xué)陷阱之間的間隔，和減小所述光學(xué)陷阱的所述線的曲率。
147.根據(jù)權(quán)利要求146的裝置，其中通過(guò)以下方法中的至少一個(gè)來(lái)分散所述對(duì)象的聚焦圖形，即，增加在朝著預(yù)定方向排成線的所述光學(xué)陷阱之間的間隔，和增加所述光學(xué)陷阱的所述線的曲率。
148.根據(jù)權(quán)利要求146的裝置，其中通過(guò)增加所述光學(xué)陷阱的所述線之間的所述間隔來(lái)加強(qiáng)所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
149.根據(jù)權(quán)利要求147的裝置，其中通過(guò)降低所述光學(xué)陷阱的所述線之間的所述間隔來(lái)減少所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
150.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所選擇的光學(xué)陷阱的強(qiáng)度和所述光學(xué)陷阱的線是變化的。
151.根據(jù)權(quán)利要求145的裝置，其中所述光學(xué)蠕動(dòng)是與粘滯曳力和電場(chǎng)之一的差動(dòng)效應(yīng)相結(jié)合。
152.根據(jù)權(quán)利要求151的裝置，其中所述光學(xué)蠕動(dòng)由全息系統(tǒng)執(zhí)行，該全息系統(tǒng)通過(guò)一序列相位圖形循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)序列的全息光學(xué)捕獲圖形。
153.根據(jù)權(quán)利要求152的裝置，其中在所述光學(xué)元件表面所述圖形被編碼，所述光學(xué)元件被旋轉(zhuǎn)以循環(huán)通過(guò)每一個(gè)圖形。
154.根據(jù)權(quán)利要求153的裝置，其中使用可轉(zhuǎn)換的在膜上編碼的相位光柵和相位全息圖。
155.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中偏置力被增加，使得對(duì)象流通過(guò)直線陣列，而不是被所述光學(xué)陷阱捕獲。
156.根據(jù)權(quán)利要求155的裝置，其中所述偏置力能夠不同，致使所述對(duì)象沿著所述陣列的主軸方向從一個(gè)光學(xué)陷阱移動(dòng)到另一個(gè)光學(xué)陷阱。
157.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，其中所述對(duì)象是精子，將具有X染色體的精子和具有Y染色體的精子分離。
158.根據(jù)權(quán)利要求129的裝置，其中當(dāng)對(duì)象被分類(lèi)成符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象和不符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象時(shí)，不符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象將被殺死。
159.根據(jù)權(quán)利要求61的裝置，其中光束控制裝置是光學(xué)捕獲裝置。
160.根據(jù)權(quán)利要求73的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)改變?cè)谘苌涔鈱W(xué)元件的動(dòng)態(tài)表面介質(zhì)中編碼的全息圖來(lái)控制每一條細(xì)光束。
161.根據(jù)權(quán)利要求105的裝置，進(jìn)一步包括通過(guò)改變?cè)谘苌涔鈱W(xué)元件的動(dòng)態(tài)表面介質(zhì)中編碼的全息圖來(lái)控制每一條細(xì)光束的分光鏡。
162.用于對(duì)象控制的方法，包括將這些對(duì)象引入評(píng)價(jià)系統(tǒng)；利用光束控制裝置根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)這些對(duì)象；以及利用所述光束控制裝置，操作符合所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象。
163.破壞對(duì)象的方法，包括利用光束控制裝置來(lái)訪問(wèn)對(duì)象；檢查所述對(duì)象以確定其特性；將根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定特性的對(duì)象分類(lèi)；以及當(dāng)所述對(duì)象符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，破壞所述已經(jīng)確定特性的對(duì)象。
164.用于破壞對(duì)象的裝置，包括利用光束控制裝置訪問(wèn)對(duì)象的裝置；用于檢查所述對(duì)象以確定其特性的裝置；用于對(duì)根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定特性的對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)的裝置；以及用于當(dāng)所述對(duì)象符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，破壞所述已經(jīng)確定特性的對(duì)象的裝置。
全文摘要
本發(fā)明采用一光束控制設(shè)備來(lái)將有用的細(xì)胞與其他的細(xì)胞、組織和摻和物隔離。在一實(shí)施例中，在計(jì)算機(jī)程序引導(dǎo)的陷阱的柔性控制下，該系統(tǒng)使光學(xué)捕獲和流相平衡以并行進(jìn)行細(xì)胞分類(lèi)，該柔性控制根據(jù)細(xì)胞的組分或標(biāo)記不同地控制這些細(xì)胞來(lái)引導(dǎo)分離。
文檔編號(hào)B01L3/00GK1774623SQ03823443
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者劉易斯·格魯貝爾, 肯尼思·布拉德利, 沃德·洛佩斯, 羅伯特·W·蘭斯洛特, 約瑟夫·S·普萊瓦, 戴維·格里爾 申請(qǐng)人:阿爾利克斯公司