[发明专利]球膜振动量微纳牛力检测系统与方法及应用

权利要求书

1.一种球膜振动量微纳牛力检测系统，其特征在于包括：微操作平台(102)、装载在微操作平台(102)上的显微镜(101)、利用吹气活塞进给量控制球膜尺寸的一次性球膜发生机构(104)、用于在球膜上加载微粒子(108)的微粒子加载机构(109)，上述微粒子加载机构(109)是一个二级驱动机构，包括用于精确点位控制的微驱动机构和微粒子夹持机构2部分，

其特征在于：

还包括发射入射光到球膜表面的点光源(106)、用于接受球膜反射光振动量信息的PSD传感器(107)、用于接收PSD传感器(107)信息的数据采集处理模块(110)；所述数据采集处理模块(110)在标定时，利用最小二乘多变元线性回归的方法，对标准粒子的微纳牛力、已知的球膜直径、已知的球膜厚度、PSD传感器检测的振动量四参数试验数据进行处理，得到四参数的关系方程，在加载被测未知微粒子后，通过检测到的振动量代入得到的关系方程中，得到微粒子的重力。

2.根据权利要求1所述的球膜振动量微纳牛力检测系统，其特征在于：该系统还包括一次性球膜消膜机构(103)。

3.一种采用权利要求1所述系统的球膜振动量微纳牛力检测方法，其特征在于包括以下过程：

(1)、该方法采用的球膜(105)为一次性球膜，由一次性球膜发生机构(104)产生，一次性球膜尺寸通过控制吹气活塞的进给量来控制；

(2)、进行球膜无载荷预检测，得到无载荷情况下球膜(105)对点光源(106)的发射光线在PSD传感器(107)上的位置信息；

(3)、在显微镜(101)下，利用微粒子加载机构(109)加载微纳牛级别的微粒子(108)到球膜(105)上；

(4)、球膜(105)厚度在700-1000nm之间，测量的微力在10～1000纳牛，在感受加载的微力作用后，球膜(105)产生振动，点光源(106)从球膜反射的光斑打在PSD传感器(107)上，该点的位置随着球膜的振动而变化；

(5)、PSD传感器(107)检测出球膜的振动量信息，并把检测结果传输到数据采集处理模块(110)，而这种振动量信息反映的就是加载的微纳牛级微粒子重力大小；

(6)、在具体微纳级力检测前，需先设计正交试验，调整球膜厚度、球膜直径，加载10～1000纳牛标准微粒子，检测得到的对应的振动量，从而建立微作用力、球膜厚度、球膜直径、振动量之间的四参数关系方程；

(7)、在加载被测未知微粒子后，通过检测到的振动量信息代入得到的关系方程中，得到微粒子的重力。

4.根据权利要求3所述的球膜振动量微纳牛力检测方法，其特征在于：

所建立的四参数关系方程为：

F＝0.0446×δ×d^-0.5×A^1.5(λ/4＜nδ＜λ/2)；该方程适用条件：球膜厚度在700-1000nm，测量的微力在10～1000纳牛；方程中参数定义为：F为所受微力(N)，δ为球膜厚度(m)，d为球膜直径(mm)，A为前两个振动周期的振幅平均值(mm)，n为球膜的折射率，nδ是球膜的光学厚度，λ为入射光的波长(m)；。

5.根据权利要求3所述的球膜振动量微纳牛力检测方法，其特征在于：检测结束后利用一次性球膜消膜机构(103)对一次性球膜进行消膜处理。

6.根据权利要求3所述的球膜振动量微纳牛力检测方法的应用，其特征在于：所述的一次性球膜为有机液化膜；该方法用于生物医学中无需回收的细胞、细菌的微纳牛力检测。