Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАНИПУЛИРОВАНИЯ, ВОЗДЕЙСТВИЯ И НАБЛЮДЕНИЯ ЗА МАЛЕНЬКИМИ ЧАСТИЦАМИ, В ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАНИПУЛИРОВАНИЯ, ВОЗДЕЙСТВИЯ И НАБЛЮДЕНИЯ ЗА МАЛЕНЬКИМИ ЧАСТИЦАМИ, В ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАНИПУЛИРОВАНИЯ, ВОЗДЕЙСТВИЯ И НАБЛЮДЕНИЯ ЗА МАЛЕНЬКИМИ ЧАСТИЦАМИ, В ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: первый лазер 4 испускает пучок в первом диапазоне длин волн, который с помощью первого оптического приспособления 12, 13; 14, 15 фокусируется и образует оптическую ловушку. Предметный столик 22 служит для размещения соответствующих частиц. Далее предусмотрен источник 17 освещения наблюдения, который служит для того, чтобы наблюдать и записывать поведение частиц. Второй лазер 3 испускает пучок во втором диапазоне длин волн, который фокусируется для того, чтобы воздействовать на частицы на предметном столике. Оптические приспособления для каждого из пучков могут позиционироваться и фокусироваться независимо друг от друга, причем к началу манипуляций и воздействия лучи, независимо от их длин волн, фокусируются на одной и той же объектной плоскости предметного столика. 2 с. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2120614
Класс(ы) патента: G01N15/10, G02B21/32, H05H3/04
Номер заявки: 95116247/25
Дата подачи заявки: 13.01.1994
Дата публикации: 20.10.1998
Заявитель(и): Шютце Раймунд (DE)
Автор(ы): Шютце Раймунд (DE)
Патентообладатель(и): Шютце Раймунд (DE)
Описание изобретения: Изобретение касается устройства для манипулирования, воздействия и наблюдения за маленькими частицами, в особенности биологическими частицами, включающего в себя по меньшей мере первый лазер, генерирующий излучение в первом диапазоне длин волн, которое затем с помощью первого оптического приспособления фокусируется с достаточной сходимостью для создания оптической ловушки в заранее определенной области, а также носитель объекта для приема частиц, источник света для наблюдения, устройство для наблюдения и записи, позволяющее наблюдать частицы в носителе объекта и записывать их поведение.
Изобретение касается также способа для манипулирования, воздействия и наблюдения за маленькими частицами, в особенности биологическими частицами, в котором объекты фиксируются в оптической ловушке в носителе объекта с по меньшей мере первым лазером, излучающим в первом диапазоне длин волн, и наблюдаются с помощью средств наблюдения и записи и/или записывается поведение объектов.
Устройство такого рода известно, например, из патента США US-PS 4 893 886, причем работают с так называемой оптической ловушкой, которая использует сильно сфокусированный лазерный луч с профилем интенсивности, приближенным к распределению Гаусса. В этой оптической ловушке комбинируют друг с другом компоненты давления излучения - силы рассеяния и градиентной силы, для того чтобы создать точку стабильного равновесия, которая находится вплотную к фокусу лазерного луча. Сила рассеивания при этом пропорциональна оптической интенсивности и действует в направлении падающего лазерного света. Градиентная сила пропорциональна оптической интенсивности и действует в направлении градиента интенсивности.
Более детально подробности такого рода оптических ловушек и их физические основы описаны, например, в публикации "Оптическое улавливание и манипулирование отдельных живых клеток с использованием лучей инфракрасного лазера". авт. A. Ashkin и др. в издании: Доклады Бунзеновского общества физической химии, март 1989, с. 254 - 260.
С помощью такого рода приспособлений можно улавливать, закреплять и манипулировать маленькими частицами, в особенности биологическими, которые обычно могут свободно передвигаться в жидкости в носителе объекта. При этом возникает трудность, заключающаяся в том, что для того, чтобы обеспечить возможность точного воздействия, манипулирование и наблюдение должно осуществляться в одно и то же время.
Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства, с помощью которых возможны нацеленные и точные манипулирование, воздействие и наблюдение за меленькими частицами, в особенности биологическими частицами.
Для решения поставленной задачи устройство описанного выше типа снабжается по меньшей мере одним вторым лазером, излучающим во втором диапазоне длин волн, излучение которого фокусируется с помощью второго оптического приспособления с достаточной сходимостью для того, чтобы воздействовать на имеющиеся в области носителя объекта частицы. Оптические приспособления для лучей первых длин волн, для вторых длин волн и для лучей освещения наблюдения выполнены соответственно раздельно с возможностью позиционирования и фокусировки независимо друг от друга. Лучи в области первых длин волн, лучи в области вторых длин волн и лучи освещения наблюдения к началу манипулирования и наблюдения, независимо от их длин волн, сфокусированы на одной и той же объектной плоскости носителя объекта. Кроме того, в устройстве согласно изобретению предусмотрено, что соответствующий первый лазер имеет возможность регулировки длины волны и выполнен, преимущественно, инфракрасным (ИК). Второй лазер является регулируемым по длине волны ультрафиолетовым (УФ) лазером, преимущественно импульсным лазером. Благодаря этому возможна пригодная для практических целей фиксация частиц, во время которой происходит собственной воздействие УФ-лазера, при этом не возникает опасность того, что количество подводимой энергии будет слишком велико, и частицы получат вследствие этого нежелательные повреждения.
Согласно одному из специальных вариантов выполнения изобретения первый лазер является Ng-YAG-лазером, Nd-YLF-лазером или титан-сапфировым лазером, а второй лазер является азотным лазером, инфракрасным лазером с умножителем частоты или лазером на красителе с накачкой.
Кроме того, согласно изобретению первый и второй лазеры могут быть расположены на одной и той же стойке, но при этом с возможностью независимой друг от друга установки и юстировки. Таким образом достигается возможность расположения источников света в меньшем объеме пространства, в особенности, когда монтажные платы лазеров расположены одна под другой. Компоненты фокусирующей и отклоняющей оптики могут быть смонтированы для компактности на одной общей монтажной плате, присоединенной к стойке.
Источники света, излучающие в соответствующих диапазонах длин волн, могут быть выполнены в виде отдельных лазеров. В предпочтительном варианте выполнения луч первого лазера разделяется светоделителем, который образует по меньшей мере первый и второй лучи в первом диапазоне длин волн, причем эти лучи по меньшей мере частично проводятся раздельно и затем направляются на объект в носителе объекта. В случае необходимости от пучка первого лазера таким же светоделителем могут быть отделены и другие лучи, которые проводятся, по меньшей мере частично, раздельно и затем направляются на объект в носителе объекта, если несколько таких лучей должны быть использованы в качестве оптических ловушек.
В одном из специальных вариантов выполнения изобретения предусматривается, что светоделитель выполнен поляризующим, который образует первый луч S-поляризованным, второй луч P-поляризованным и устанавливает фазовое положение между этими лучами. При этом процентное соотношение интенсивности соответствующих лучей в первом диапазоне длин волн может регулироваться.
В устройстве согласно изобретению оказывается целесообразным, чтобы каждый луч от первого лазера и второго лазера проходил через собственную расширяющую оптическую систему, каждая из которых может регулироваться в трех измерениях, в особенности в трех ортогональных осевых направлениях.
Кроме того, целесообразно, чтобы установленные по ходу лучей первого и второго лазера зеркала и светоделители имели возможность поворота и соответственно наклона независимо от расширяющих оптических систем. Тем самым достигается преимущество увеличения возможности регулирования лучей в плоскости X - Y.
Следующий вариант выполнения изобретения предусматривает, что луч света освещения наблюдения путем регулировки объекта и/или носителя объекта вдоль оптической оси в направлении оси Z может быть сфокусирована на объекте в носителе объекта, и что пункт наблюдения для луча света освещения наблюдения в объектной плоскости может регулироваться перестановкой носителя объекта в пределах объектной плоскости в плоскости X - Y.
Далее является целесообразным, чтобы по ходу лучей от первого и второго лазера были установлены светоослабители, с помощью которых лучи в соответствующих диапазонах длин волн ослабляются на заданную ступень или непрерывно, прежде чем они направляются на объект. Этим обеспечивается возможность целенаправленного регулирования интенсивности этих лучей, для избежания нежелательного повреждения частиц.
Особенно предпочтительным является вариант изобретения, в котором лучи в первом диапазоне длин волн и лучи во втором диапазоне длин волн направляются на объект в носителе объекта через общие зеркала и общий объектив. Это дает возможность достичь особой компактности установки. При этом упрощается ход лучей и гарантируется более надежная работа устройства.
В одном из специальных вариантов выполнения изобретения предусматривается, что лучи от источников излучения, преобразованные, отклоненные и сфокусированные на объекте, лежат все, в сущности, в одной первой плоскости, что носитель объекта расположен во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости, и что зеркала и соответственно светоделители для отклонения отдельных лучей равным образом расположены в плоскостях, перпендикулярных первой плоскости.
Таким образом, в распоряжении имеется особенно компактное и легкое в обращении устройство, гарантирующее надежную координацию лучей.
Способ согласно изобретению отличается тем, что используют по меньшей мере один второй лазер, испускающий пучок во втором диапазоне длин волн, который фокусируют с достаточной сходимостью, чтобы подвергать воздействию частицы, имеющиеся в зоне носителя объекта; что лучи света в первом диапазоне длин волн и во втором диапазоне длин волн и лучи света освещения наблюдения могут быть независимо друг от друга, с помощью раздельных оптических устройств, регулироваться в объектной плоскости, так называемой плоскости X - Y, и фокусироваться в перпендикулярном этой объектной плоскости направлении Z; и что вначале все названные лучи, независимо от длины волны, фокусируют в одной и той же объектной плоскости носителя объекта.
Благодаря этому способу пользователь соответствующего устройства имеет дело со стабильным начальным положением и может ориентироваться, в какой плоскости происходят события и соответственно можно ли на них повлиять.
В дальнейшем развитии способа согласно изобретению предусмотрено, что частица, уловленная в оптической ловушке первого лазера, может быть передвинута (а) путем регулировки по меньшей мере одного луча в первом диапазоне длин волн в направлении X - Y и/или (б) путем регулировки носителя объекта в направлении X - Y в объектной плоскости, причем (а) в ловушке передвигают только одну частицу и (б) в ловушке передвигают все частицы.
Кроме того, в дальнейшем развитии способа предусмотрено, что частица, уловленная в оптической ловушке первого лазера, может быть передвинута
а) путем регулировки по меньшей мере одного луча в первом диапазоне длин волн в направлении оси Z и/или;
б) путем регулировки объектива и/или носителя объекта в направлении оси Z, причем в случае а) уловленная в ловушке частица выходит из выбранной плоскости наблюдения и в случае б) остается в плоскости наблюдения.
Понятно, что возможно не только перемещение частиц. В дальнейшем развитии способа, при использовании по меньшей мере двух раздельных лучей в первом диапазоне длин волн, возможно осуществить вращение частицы в оптической ловушке непосредственно тем, что (а) один луч останется в своем исходном положении, а второй луч должен двигаться в направлении X - Y или (б) первый луч останется в своем исходном положении, а второй луч движется в направлении Z или (c) по меньшей мере два луча совершают противоположные движения и движутся в направлении Z на различное расстояние, или (d) совершают комбинации движений, проиллюстрированные указанными выше обозначениями (a), (b) и (c).
В дальнейшем развитии способа предусмотрено, что воздействие на частицы лучами во втором диапазоне длин волн производят в произвольно выбранной плоскости X - Y носителя объекта, причем плоскость наблюдения может находиться в той же плоскости или в другой, параллельной ей плоскости.
Такого рода изменение плоскости наблюдения возможно после того, как занято исходное положение к началу процесса.
Целесообразно использовать для фиксации частиц в оптической ловушке лазерное излучение видимого или инфракрасного спектра, а для воздействия на частицы использовать излучение ультрафиолетового лазера, в особенности импульсного ультрафиолетового лазера.
В случае, если в способе согласно изобретению все лучи направляются на соответствующий объект в носителе объекта одновременно через один и тот же объектив, то достигается возможность особенно надежного регулирования и управления.
В заключение, согласно изобретению все лучи могут для управления воздействием и/или наблюдением независимо друг от друга регулироваться по интенсивности и/или включаться и выключаться. Тем самым достигается множество возможностей для воздействия, обработки и наблюдения за маленькими частицами.
Ниже приводится подробное описание изобретения с указанием его признаков и преимуществ на примере одного из вариантов выполнения со ссылками на чертеж, прилагаемый к описанию.
На чертеже дано схематическое изображение одного из вариантов выполнения устройства согласно изобретению с используемыми источниками света и ходом лучей.
Устройство содержит лазерную стойку 5, на которой размещены один над другим ИК-лазер 4 как первый лазер, и УФ-лазер 5 как второй лазер. Кроме того, на общей монтажной плате могут быть размещены несколько шин с предназначенными подъемными устройствами для соответствующих оптических компонентов, чтобы производить юстировку этих компонентов по отношению к лазерам 3 и 4 таким образом, чтобы испускаемые лазерами пучки в соответствующих диапазонах длин волн через дополнительно подсоединенные оптические устройства попадали на носитель объекта 22. При этом пучки обоих лазеров 3 и 4 являются параллельными. Оптические компоненты шин могут быть при этом выполнены модульными.
В изображенном варианте выполнения ИК-лазер 4 испускает пучок, который светоделителем 16 делится на первый и второй лучи. Первый луч проходит через соответствующую бленду 6 и расширяющую оптику 14, 15, затем отклоняется отражающим ИК-лучи зеркалом 9 и проходит через светоделитель, например призму или полупрозрачное зеркало 20, а также через следующее полупрозрачное зеркало 8 или соответствующую призму. Затем этот луч отклоняющим зеркалом 7 подводится к изображенному схематично микроскопу 1, имеющему объектив 21, носитель объекта в виде предметного столика 22 и источник 17 света освещения наблюдения.
Ответвленная часть пучка от ИК-лазера 4 поступает через светоделитель 16 к зеркалу 19 и затем проходит через соответствующие бленды и расширяющую оптику 12, 13. Затем этот второй луч отклоняется вторым светоделителем, например полупрозрачным зеркалом 20, и таким же образом, как и первый луч от ИК-лазера 4 подводится к микроскопу 1.
Для создания второго луча в первом диапазоне длин волн может быть, конечно, использован другой ИК-лазер, не показанный на чертеже. При этом возникают дополнительные возможности в отношении интенсивности, поляризации, длины волны и регулируемости такого рода лазерного излучения, однако при этом возрастает стоимость оборудования, поэтому решение должно приниматься исходя из конкретных условий.
В представленном варианте выполнения севтоделитель 16 может быть выполнен в виде простого светоделителя так, чтобы при достаточной выходной мощности и интенсивности излучения ИК-лазера часть интенсивности ответвлялась вторым лучом. Однако в предпочтительном варианте выполнения в качестве светоделителя 16 используется поляризованный светоделитель, который образует первый луч S-поляризованного света и второй луч P-поляризованного света и устанавливает фазовое положение между обоими лучами, причем процентное соотношение между интенсивностью обоих лучей в первом диапазоне длин волн первого ИК-лазера 4 может регулироваться. Оптические компоненты, используемые в этой области, выполнены просветленными для инфракрасного света, для того чтобы обеспечить точное ведение луча без нежелательных потерь. В случае необходимости, по ходу первого и/или второго луча от ИК-лазера и может быть установлен светоослабитель 25, для того чтобы регулировать мощность используемого излучения. Альтернативно или дополнительно может быть предусмотрено, что мощность ИК-лазера 4 самостоятельно устанавливается в заданных пределах.
Независимо от этого по ходу первого и второго лучей от ИК-лазера 4 предусмотрено средство, с помощью которого соответствующий луч может быть прерван. Для этого могут быть использованы бленды 6 или отдельные перекрывающие устройства.
В качестве второго лазера предусмотрены УФ-лазер 3, пучок которого во втором диапазоне длин волн проходит через светоослабитель 18, бленды 6 и собственную расширяющую оптику 10, 11, затем отклоняется зеркалом 8 и другим зеркалом 7 направляется к объективу 21 и предметному столику 22. УФ-лазер 3 целесообразно выполнять импульсным для того, чтобы можно было точно регулировать и управлять подводимой энергией ультрафиолетового света, для того, чтобы избежать повреждений объекта, на который производится воздействие.
Дополнительно предусмотрен светоослабитель 18, с помощью которого излучение во втором диапазоне длин волн (УФ-излучение) ослабляется ступенчато или непрерывно. Светоослабитель 18 может быть выполнен в виде регулируемого фильтра или светоделителя.
Безусловно, что компоненты хода лучей УФ-лазера 3 приспособлены для ультрафиолетового света, а компоненты 7, 8 и 21 пригодны как для инфракрасного света, так и для ультрафиолетового света и соответственно просветлены.
Микроскоп 1 оснащен источником 17 света освещения наблюдения, целесообразно видимого света, а также, с одной стороны, визуальным устройством 23 наблюдения, целесообразно с соответствующим защитным фильтром, а с другой стороны комбинированным устройством 2 для наблюдения и записи, которое включает в себя, например, камеру, монитор и видеосистему. Для выполнения защитных функций между ними установлен переменный фильтр 24.
В устройстве такого рода могут быть использованы различные лазеры, которые связаны с микроскопом 1 через компактную оптическую систему. Как УФ-лазер 3 (импульсный), излучающий, например, вблизи ультрафиолетовой зоны, так и ИК-лазер 4 (непрерывно работающий), излучающий, например, вблизи инфракрасной зоны, должны очень хорошо фокусироваться (дифракционно-ограниченно), а также иметь минимальную расходимость пучка. При этих условиях могут быть применены лазеры самых разных моделей, причем наиболее подходящими являются компактные маломощные лазеры для лабораторных исследований.
Например, в качестве УФ-лазера 3 может использоваться азотный лазер или ИК-лазер с частотоумножителем, в то время как в качестве ИК-лазера 4 используют Nd-YAG-лазер с диодной накачкой или Nd-YLF-лазер, мощность которых соответственно выбирается. При этом следует иметь в виду, что в жидкости подвижные частицы, не имеющие собственного движения в носителе объекта 22 могут быть уловлены уже при малой мощности лазера, в то время, как частицы с собственной динамикой или частицы в высоковязких растворах могут быть уловлены только при большой мощности лазера. Как уже упоминалось, для введения двух независимо друг от друга подвижных ИК-лучей могут быть установлены два Nd-YAG-лазера с диодной накачкой, или один Nd-YAG-лазер повышенной мощности с накачкой лампой-вспышкой, как это схематично показано на чертеже.
Важным для устройства согласно изобретению является то, что для каждого пучка от соответствующих лазеров 3 и 4 предусмотрена собственная расширяющая оптика 10, 11; 12, 13; 14, 15, которая может регулироваться в трех измерениях, в особенности в трех взаимно-ортогональных направлениях, как это схематично показано на чертеже. С помощью этой расширяющей оптики пучки так расширяются, что сечение луча заполняет обратную апертуру объектива 21 микроскопа 1 или даже немного превосходит ее. Например, для расширяющей оптики могут быть использованы две плосковыпуклые линзы, или одна плосковыпуклая и одна плосковогнутая линза с соответствующим фокусным расстоянием.
Указанные на чертеже в связи с расширяющей оптикой 10, 11; 12, 13; 14, 15 координатные направления относятся также к ситуации в носителе объекта 22, причем плоскость X - Y проходит перпендикулярно плоскости чертежа, а направление Z перпендикулярно к ней и лежит в плоскости чертежа.
Путем переналадки расширяющей оптики 12, 13 или 14, 15 в плоскости X - Y можно изменять точку фиксации оптической ловушки в плоскости X - Y, в то время как движение в направлении оси Z означает изменение фокусировки перпендикулярно к плоскости X - Y, так что уловленная в оптической ловушке частица выходит из плоскости наблюдения (первоначальной).
Это же относится и к способу действия расширяющей оптики 10, 11 для УФ-лазера 3. При изменении расширяющей оптики 10, 11 в направлении X - Y изменяется точка, в которой происходит воздействие на частицу в объектной плоскости. Движение в направлении оси Z приводит к расфокусировке по отношению к плоскости наблюдения в этом направлении. Тем самым обработка может вестись по выбору либо в фокусной наблюдательной плоскости, либо вне ее.
Дополнительно или альтернативно компоненты 8, 9 и 20 можно поворачивать и наклонять в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, для того, чтобы соответствующие лучи перемещать в плоскости X - Y.
Носитель объекта 22 выполнен известным образом подвижным в направлении осей X, Y и Z, для того чтобы осуществлять необходимую настройку. Объектив 21 подвижен по меньшей мере в направлении Z.
В представленном варианте выполнения изобретения устройства наблюдения и записи расположены так, что могут работать в проходящем свете. Разумеется, расположение может быть и таким, что устройства наблюдения и записи 2 и 23 установлены с одной стороны микроскопа 1, а источник 17 света освещения наблюдения установлен в направлении луча за микроскопом 1 так, что можно работать в отраженном свете.
С помощью вышеописанного устройства может быть выполнено большое число воздействий и манипуляций с маленькими частицами, которые одновременно можно наблюдать. Удержание частицы в одной или нескольких точках происходит включением и выключением обоих ИК-лучей от ИК-лазера 4, причем число этих лучей может быть увеличено тем, что устройство аналогичным образом достраивается и, например, светоделителем 16 или 18 ответвляются другие лучи, которые с помощью собственной расширяющей оптики вводятся в систему.
После того, как лучи в первом диапазоне длин волн, т.е. от УФ-лазера 3 и лучи света освещения наблюдения, независимо от их длин волн, фокусируются к началу манипуляций и наблюдения на одной и той же объектной плоскости, т.е. в определенной плоскости X - Y носителя объекта 22, на отдельные лучи можно влиять независимо от других лучей, чтобы достичь подвижности частиц на носителе объекта 22 и обрабатывать их целенаправленно на выбранном месте в трех измерениях.
Движение в плоскости X - Y может быть реализовано движением носителя объекта 22 в направлении X - Y, при этом все имеющиеся частицы движутся в этой плоскости одновременно. С другой стороны, движение в направлении X - Y может быть организовано действием по меньшей мере одной расширяющей оптики 12, 13 или 14, 15, или наклоном по меньшей мере одной зеркальной поверхности компонентов 8, 9, 20, так что отдельные частицы могут быть приведены в движение независимо друг от друга.
Движение в направлении оси Z может быть реализовано различными методами, например движением носителя объекта в направлении оси Z по отношению к объективу 21, или движением объектива 21, или движением объектива 21 в направлении оси Z по отношению к носителю объекта. В обоих случаях сохраняется фокусировка видимого света освещения наблюдения.
Независимо от этого может быть приведена в действие по меньшей мере одна расширяющая оптика 12, 13 или 14, 15 в направлении оси Z, так что наклон и вращение объекта на носителе объекта 22 становится возможным. Таким образом, можно осуществить наблюдение и обработку трехмерного объекта в различных сечениях.
Так как расширяющая оптика 10, 11 для УФ-лазера 3 подвижна независимо от этого, то обработка может проводиться по выбору либо в фокусной плоскости наблюдения, либо вне ее.
В описанном выше устройстве при использовании ИК-лазерного излучения возможно позиционирование объекта в другой плоскости, чем плоскость носителя объекта, без необходимости жесткого закрепления объекта на носителе объекта, поскольку фиксирование происходит только ИК-лучом от ИК-лазера 4. Благодаря этому становятся возможными простое и надежное (одновременные) наблюдение и обработка свободно движущихся объектов.
В вышеописанном варианте выполнения используется расположение, при котором все лучи, испускаемые источниками, практически в одной плоскости проводятся, отклоняются и фокусируются. Подведение различных лучей к носителю объекта 22 осуществляется через общее отклоняющее зеркало 7, а также объектив 21.
Таким образом, возможно особенно компактное расположение, которое к тому же обеспечивает надежное функционирование устройства.
Естественно, возможно также трехмерное распределение различных компонентов оптического устройства, тогда в большинстве случаев необходимо использовать сферические и параболические зеркала, для того чтобы желательным образом направить лучи на носитель объекта 22. Этот вариант может быть целесообразным, если компактность установки не является определяющим фактором.
Формула изобретения: 1. Устройство для манипулирования, воздействия и наблюдения за маленькими частицами, в особенности биологическими частицами, включающее по меньшей мере один первый лазер, испускающий лучи в первом диапазоне длин волн, которые с помощью первого оптического приспособления фокусируются с достаточной сходимостью для образования в заданной области оптической ловушки, а также носитель объекта для размещения частиц, источник света для освещения наблюдения, устройства для наблюдения и записи поведения частиц в носителе объекта, и по меньшей мере один второй лазер, испускающий лучи во втором диапазоне длин волн, которые с помощью второго оптического приспособления фокусируются с достаточной сходимостью, чтобы воздействовать на частицы в носителе объекта, причем для каждого из лучей первого и второго лазеров оно снабжено собственной расширяющей оптической системой, выполненной с возможностью регулировки в трех измерениях, в особенности в трех ортогональных осевых направлениях (X, Y, Z) таким образом, что оптические устройства для лазерных лучей в первом диапазоне длин волн, во втором диапазоне длин волн и для световых лучей освещения наблюдения соответственно позиционируются и фокусируются раздельно и независимо друг от друга, отличающееся тем, что каждая указанная расширяющая оптическая система для соответствующего лазерного луча снабжена отдельной парой линз, предпочтительно двумя плосковыпуклыми линзами или одной плосковыпуклой линзой и одной плосковогнутой с соответствующими фокусными расстояниями, положение которых регулируется независимо друг от друга, причем лазерные лучи в первом диапазоне длин волн, лазерные лучи во втором диапазоне длин волн и световые лучи освещения наблюдения к началу манипулирования и наблюдения фокусируются на одной и той же объектной плоскости (плоскости X-Y) носителя объекта, независимо от длины волны, при этом на отдельные лучи можно влиять независимо от других лучей для того, чтобы обеспечить движение частиц в носителе объекта и возможность их обработки целенаправленно в определенном месте в трех измерениях, и при этом сохранить возможность фокусировки видимого света освещения наблюдения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый лазер выполнен в виде регулируемого в своем диапазоне длин волн лазера, преимущественно инфракрасного лазера, а второй лазер выполнен в виде регулируемого в своем диапазоне длин волн ультрафиолетового лазера, преимущественно импульсного лазера.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что первый лазер выполнен Nd-YAG-лазером, или Nd-YLF-лазером или титан-сапфировым лазером, а второй лазер выполнен азотным, или инфракрасным лазером с частотоумножителем, или лазером на красителе с накачкой.
4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что первый и второй лазеры размещены на одной и той же стойке с возможностью независимого друг от друга позиционирования и юстировки.
5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что оно снабжено светоделителем, который делит луч первого лазера и образует по меньшей мере первый и второй лучи в первом диапазоне длин волн, которые по меньшей мере частично проводятся раздельно и направляются на объект в носителе объекта.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что светоделитель выполнен поляризующим, образующим первый луч S-поляризованного света и второй луч P-поляризованного света, и регулирующим фазовое положение между этими лучами, при этом процентное соотношение между интенсивностью лучей в первом диапазоне длин волн может регулироваться.
7. Устройство по пп. 1 - 6, отличающееся тем, что зеркала и светоделители, расположенные по ходу световых лучей, выполнены с возможностью вращения и наклона независимо от расширительной оптической системы.
8. Устройство по пп. 1 - 7, отличающееся тем, что объектив и/или носитель объекта выполнены с возможностью фокусировки луча освещения наблюдения вдоль оптической оси (направление Z) на объекте в объектоносителе, при этом носитель объекта выполнен с возможностью перестановки в объектной плоскости (плоскости X-Y), для регулирования расположения в этой плоскости пункта наблюдения для луча освещения наблюдения.
9. Устройство по пп. 1 - 8, отличающееся тем, что оно снабжено светоослабителями, установленными по ходу лучей первого лазера и второго лазера, посредством которых лучи в соответствующих диапазонах длин волн ступенчато или плавно ослабляются прежде, чем их направляют на объект в носителе объекта.
10. Устройство по пп. 1 - 9, отличающееся тем, что лучи в первом и втором диапазонах длин волн посредством общего зеркала направляются на объект в носителе объекта через общий объектив.
11. Устройство по пп. 1 - 10, отличающееся тем, что все лучи, вышедшие из лучеобразующих устройств и затем подвергнутые воздействиям, отклоненные и сфокусированные на объекте, лежат, по существу, в одной и той же первой плоскости, при этом носитель объекта находится во второй плоскости (плоскости X-Y), перпендикулярной к первой плоскости, а зеркала и светоделители для отклонения единичных лучей расположены также в плоскости, по существу перпендикулярной к первой плоскости.
12. Способ манипулирования, воздействия и наблюдения за маленькими частицами, в особенности биологическими частицами, в котором объекты в носителе объекта фиксируют в оптической ловушке посредством по меньшей мере одного первого лазера, излучающего в диапазоне первых длин волн, и наблюдают объекты с помощью средств наблюдения и записи, и/или записывают поведение объектов и в котором используют по меньшей мере один второй лазер, излучающий во втором диапазоне длин волн, излучение которого фокусируют с достаточной сходимостью для воздействия на частицы в зоне носителя объекта, причем для каждого луча первого лазера и второго лазера используют собственную расширяющую оптическую систему, выполненную с возможностью регулирования в направлении трех ортогональных осей (X, Y, Z) таким образом, что лучи обоих лазеров и лучи освещения наблюдения регулируют в независимо друг от друга в объектной плоскости и фокусируют в осевом направлении, отличающийся тем, что в каждой указанной расширяющей оптической системе используют отдельную пару линз, преимущественно две плосковыпуклые линзы или одну плосковыпуклую линзу и одну плосковогнутую линзу с соответствующими фокусными расстояниями, положение которых регулируется независимо друг от друга, причем лазерные лучи в первом диапазоне длин волн, лазерные лучи во втором диапазоне длин волн и световые лучи освещения наблюдения к началу манипулирования и наблюдения фокусируют на одной и той же объектной плоскости (плоскости X-Y) носителя объекта, независимо от длины волны, при этом на отдельные лучи воздействуют независимо от других лучей для того, чтобы обеспечить движение частиц в носителе объекта и возможность их обработки целенаправленно в определенном месте в трех измерениях, и при этом сохранить возможность фокусировки видимого света освещения наблюдения.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что частицу, находящуюся в оптической ловушке первого лазера перемещают путем
а) передвижения по меньшей мере одного луча из первого диапазона длин волн в направлении X-Y и/или
б) путем передвижения носителя объекта в направлении X-Y в объектной плоскости,
причем в случае а) перемещают только уловленную частицу, а в случае б) перемещают все частицы, за исключением уловленной частицы.
14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что частицу, находящуюся в оптической ловушке первого лазера перемещают
а) путем изменения положения фокуса по меньшей мере одного луча из первого диапазона длин волн в направлении оси Z и/или.
б) путем передвижения объектива и/или носителя объекта в направлении оси Z,
причем в случае а) уловленная частица перемещается из плоскости наблюдения, а в случае б) уловленная частица остается в плоскости наблюдения.
15. Способ по пп. 12 - 14, отличающийся тем, что при использовании по меньшей мере двух разделенных лучей в первом диапазоне длин волн, осуществляют вращение частицы в оптической ловушке посредством того, что один луч оставляют неизменным, а второй луч приводят в движение в направлении X-Y, или первый луч оставляют неизменным, а второй луч приводят в движение в направлении Z, или по меньшей мере два луча приводят в движение в противоположных направлениях, или оба луча приводят в движение в направлении оси Z, но на разное расстояние, или осуществляют комбинацию вышеперечисленных движений.
16. Способ по пп. 12 - 15, отличающийся тем, что осуществляют воздействие на частицы лучом из второго диапазона длин волн в произвольно выбираемой плоскости X-Y носителя объекта, причем плоскость наблюдения может быть расположена в той же плоскости или в параллельной ей плоскости.
17. Способ по пп. 12 - 16, отличающийся тем, что для фиксации частиц в оптической ловушке используют лазерные лучи видимого или инфракрасного спектра, а для воздействия на частицы используют лучи ультрафиолетового лазера, в особенности импульсного ультрафиолетового лазера.
18. Способ по пп. 12 - 17, отличающийся тем, что все лучи направляют на соответствующий объект в носителе объекта одновременно через один объектив.
19. Способ по пп. 12 - 18, отличающийся тем, что для управления воздействием и/или наблюдением все лучи, независимо друг от друга, регулируют по интенсивности, включают и/или выключают.