具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

首先，本发明提供了一种光电镊操控系统，图1则示出了本发明所提供的该种光电镊操控系统的具体结构。图1中，该光电镊操控系统包括投影仪1、缩束透镜组、第一分束镜4、物镜5、光电微流体芯片6、第二分束镜7、第三凸透镜8、图像传感器9、第四凸透镜10、光源11、控制单元、函数发生器14和载物台15。其中，缩束透镜组包括第一凸透镜2和第二凸透镜3，光电微流体芯片6设置于载物台15上。

在本发明的一较佳实施例中，第一凸透镜2可选用焦距为150mm的凸透镜，第二凸透镜3可选用焦距为300mm的凸透镜，第三凸透镜8可选用焦距为100mm的凸透镜，第四凸透镜10可选用焦距为150mm的凸透镜，物镜5可选用20倍物镜。

光电镊操控系统工作时，首先由投影仪1将光学图案发射出去，光学图案依次经过缩束透镜组的第一凸透镜2和第二凸透镜3后减小聚焦光斑，其能量密度得到加强，而后经第一分束镜4改变光路，最后穿过物镜5到达设置于载物台15上的光电微流体芯片6。

若此时函数发生器14向光电微流体芯片6施加了电压，由于光电微流体芯片6上的光导层表面被上述光学图案部分光照，电子-空穴对的数量会显著增加，便产生了虚拟电极，从而生成非均匀电场，引起电动现象，对电场中的粒子施加介电泳力。

与此同时，由光源11发出的散射光经第四凸透镜10变为平行光，再经第二分束镜7改变光路后，依次经过第一分束镜4和物镜5到达光电微流体芯片6为观察芯片提供照明。

观察芯片具体是，光电微流体芯片6的图像可经由第一分束镜4、第二分束镜7、第三凸透镜8由图像传感器9收集，并将图像信息传送到控制单元。

为了方便操作员操控和观察，控制单元通常设置有显示装置和数据输入输出设备，供操作员实时观察图像传感器9收集的光电微流体芯片6的图像，和/或输入进一步的控制命令。

本领域技术人员可以理解的是，控制单元可包括一计算机12，其具有显示装置和数据输入输出设备。其中，计算机12被设计为与光电镊操控系统中需要控制的对象模块相连，用于向对象模块发送控制信号并接收结果反馈。如图1所示，计算机12与图像传感器9和投影仪1连接，用于接收图像传感器9传送过来的图像信息并可向图像传感器9发送控制信号，以及用于向投影仪1发送数据信息和控制信号，但这仅是一种示例，计算机12还可以单独地或并行地与光电镊操控系统的其它可控的对象模块相连。

为提升上述光电镊操控系统的操控性能，有效打破实验人员和场地的局限性，作为一种改进与升级，本发明所提供的该种光电镊操控系统还进一步具有远程操控功能。基于图2所示出的本发明的该种光电镊操控系统的远程操控原理，为了实现远程操控光电镊系统，在上述光电镊操控系统的基础上继续增加远程控制模块，设计并搭建基于云网络的远程控制系统，如图2所示，该远程控制系统包括云服务器16和多终端交互平台。

为方便操控的目的，多终端交互平台可包括上述控制单元和远程终端。在此实施例中，远程终端选用的是当前流行的各类便携式终端13。其中，计算机12和便携式终端13之间可以交互通信，互传数据信息和控制命令。为了方便计算机12和便携式终端13之间的交互通信，设计并实现跨平台图形用户界面(GUI)，可以简化操作步骤，降低操作难度，使得操作员通过便携式终端13便可以和光电镊操控系统之间进行高效地交互。例如计算机12可将图像传感器9收集的光电微流体芯片6的图像传送给便携式终端13以供操作员实时观察，和/或，操作员通过便携式终端13向计算机12输入进一步的控制命令。

为有效发挥远程控制的便捷性，如图2所示，远程控制系统的云服务器16和多终端交互平台可以借助路由器17部署在无线局域网下，其中计算机12、便携式终端13和云服务器16之间可以通过无线网络实现两两交互通信，传输数据信号。

进一步地，为提高系统的整体安全性，如图3所示，系统总体架构分为三个模块，分别为交互模块、服务模块、执行模块，每个模块都将是一个独立的应用程序，可以分别运行在不同的计算机上，之间通过互联网相连接，进行数据的交换和传输，如图3所示。交互模块即为人机交互的界面，包括GUI界面、CCD图像识别显示以及获取实验人员的操控命令，将运行在Windows、MacOS、iOS以及Android等桌面或移动终端平台上。服务模块是为实验中相关部分提供计算能力的模块，也是部署于云计算平台的模块，在其上面设置了WebSockets服务器，并编写了OpenCV图像识别程序作为云端服务器，服务模块上与交互模块相连接，下与执行模块相连接，起到承上启下的作用，通过在云计算平台上部署该模块，可以实现多用户多设备独立操作，互不干涉，实现高可靠性、高稳定性、高利用率，大幅提高时间效率，从而实现云计算的基本目的和需求。执行模块为实验室搭建的光电镊操控系统，作为操控颗粒的终端。远程控制系统的各模块之间基于WebSocket协议进行安全云通信，应用云数据传输原理，利用WebSocket协议，可以在一个TCP连接下实现全双工通信通道，避免使用HTTP协议，保证了传输数据的安全性。

但本领域技术人员可以理解的是，本发明的该种光电镊操控系统还可以被配置为具有其他形式的通信协议。

进一步地，图4示出了光电镊操控系统所用的基于WebSocket协议的数据传输的原理。如图4所示，对于基于Websocket协议的数据传输，首先客户机端需要向服务器端发送链接请求，此连接请求主要由HTTP协议的握手请求继承而来，以实现良好的兼容性，握手成功之后就建立了双向数据传输链接。当需要关闭链接时，请求关闭链接的一方发起链接关闭请求，随后双方协商断开链接，整个链接过程结束。服务模块将在运行中不断监听指定端口的链接信息，当检测到任一交互模块或者执行模块的链接请求后，即按照流程与其建立WebSocket传输链接，随后服务模块与交互模块或者执行模块都可发起数据传输，如执行模块传送当前平台的状态，或者交互模块传送人的指令等，数据经云端服务器计算后可返回给相应模块。当某一方的程序关闭时，会单方面发起关闭数据链接请求，之后整个链接过程结束。

为了方便操作员现场和/或远程地对系统进行操控，本发明的该种光电镊操控系统还配备有专用的标准GUI程序，用来搭建跨平台图形用户界面，可装设于控制单元和/或远程终端上。图5则示出了这种标准GUI程序的一个典型的界面，该标准GUI程序集图像传感器实时监控、投影图形的设计与控制、获得的显微镜图像的后处理、识别结果显示等多任务于一体，仅在一个界面上便可实现发送设计好的投影图像、控制图像的变化和移动、接收处理后的芯片图像等所需的全部功能，这大大简化了操作员的操作难度。

图6示出了操作员基于远程控制系统操控本发明的该种光电镊操控系统的实景。其中，iPad在这里用做远程控制系统中的便携式终端13，投影图形使用iPadGUI设计，并通过云服务器16发送到计算机12，实现对光电镊操控系统的远程操控。

基于iPad的远程操控大大提高了光电镊操控系统的使用灵活性，消除了涉及微粒子特殊处理的问题，可以最大限度地避免因实验人员造成的生物实验环境污染的问题，对于许多对实验室洁净度要求较高的实验来说，本发明的该种光电镊操控系统无疑提供了很大的便利。

下面具体描述本发明的该种光电镊操控系统的一种示例性的具体使用方式和具体工作原理：

这里，使用iPad类移动终端用做远程控制系统中的便携式终端13，图像传感器9选用CCD相机，投影仪1选用含有DMD芯片的投影仪，使用PC机用作计算机12。

首先，由操作员使用iPad在GUI界面中完成光学图案的设计，将设计好的光学图案发送到PC机中，该PC机被设计为连接并控制投影仪1，PC机控制投影仪1将光学图案发出并经相应光路照射到光电微流体芯片6的光导层上，光电微流体芯片6已被事先导入了实验用可操控对象。

当将光电微流体芯片6连接到函数发生器14后，在电极上施加交流电压时，便可产生非均匀电场并对光电微流体芯片6中的可操控对象施加介电泳力，形成介电泳力势阱以实现操控实验用可操控对象的目的。

随后，CCD相机会捕获光电微流体芯片6上的图像并发送回PC机，PC机先将图像数据发送给云服务器16进行处理，然后云服务器16将处理好的图像传输回iPad的用户界面，使操作员在iPad上便可直接观察实验用可操控对象的实时状态，并进行相应的实验操作，例如：对可操控对象的分选，保留选中的可操控对象并进行进一步的实验和分析处理，释放不需要的可操控对象等；也可将所需实验用可操控对象输运到所需位置进行进一步研究，或者对可操控对象进行物理量测量等。

当然，本领域技术人员可以理解的是，上述光电微流体芯片6上的图像发送回PC机时，也可以在PC机的显示装置上直接显示，或经云服务器16处理好的上述图像也可以传输回PC机的用户界面，以供现场的操作员所用。

通常来讲，本发明的该种光电镊操控系统所针对的实验用可操控对象通常会是一种微粒，操作员借助光电镊操控系统可以远程操作单个或多个具有不同介电性质的微粒，并基于微粒进行诸如细胞研究或者药物研究等。实验过程中，操作员可以全程不需要到实验现场，仅在远程终端上的用户界面即可完成。

操作示例一

作为本发明的该种光电镊操控系统的一种具体应用，如图7所示，可以用于操控光电微流体芯片6中悬浮在去离子水中的聚苯乙烯微粒，示例性但非限制性的实施方案的操作参数为：直径15μm的聚苯乙烯微粒；远程操控GUI界面；微粒数目为单个或多个；正电或负电微粒操控；10V_pp(交流电压)、100kHz(电压频率)。实验中，观察到单个聚苯乙烯微粒的操控速度达1.6μm/s，多个聚苯乙烯微粒的操控速度达1.54μm/s。

操作示例二

作为本发明的该种光电镊操控系统的另一种具体应用，可以用于进行光电微流体芯片6中悬浮在去离子水中的绿眼虫的姿态角度调整。在该应用中，操作员使用光电镊操控系统对放置在光电微流体芯片6中的绿眼虫进行垂直姿态角度调整，调整操作具体通过改变函数发生器14向光电微流体芯片6施加的电压信号来实现，在施加电压的大小约为10V_pp的前提下，如图8所示，操作员通过将电压信号频率调定为100kHz可将绿眼虫姿态角定位为90°，通过将电压信号频率调定为10MHz可将绿眼虫姿态角定位为50°，通过将电压信号频率调定为60MHz可将绿眼虫姿态角定位为0°。

操作示例三

作为本发明的该种光电镊操控系统的再一种具体应用，可以用于利用相反介电性质粒子进行聚苯乙烯微粒粘附输运。在该应用中，操作员使用光电镊操控系统运输粘附在微螺旋藻上的聚苯乙烯微粒，其避免了微纳米机器人和运输对象的特殊处理工艺。如图9所示，在2.75s实现微螺旋藻对聚苯乙烯微粒的粘附，形成结合粘附聚苯乙烯粒子堆，然后通过光斑捕获微螺旋藻一端，然后可将微螺旋藻先向左下移动，然后再向右下移动，最后再向右上移动，实现粘附输运搬运。

在该应用中，结合粘附粒子堆的粒子粘附比为1：2，即表示1个大尺寸微螺旋藻上可以粘附2个小尺寸聚苯乙烯微粒。

本发明所提供的上述光电镊操控系统，其系统整体结构简单，模块化安装简明方便，能大大降低搭建成本，具有良好的产业化前景，通过附有远程控制平台，该光电镊操控系统能有效打破实验人员和场地的局限性，使得远程实验成为可能，保护实验环境不被污染，为各类实验人员提供了更多便利。

并且，作为本发明所提供的上述光电镊操控系统具备一个显著的优点，若可操控对象为活细胞，操控结束后对活细胞不会造成影响。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。