微型自动光泳捕获装置的制备与测试

该方案使得几乎任何人都能够参与科研过程。这种方法以前所未有的方式实现了前沿研究的大众化。与许多其他用于光致悬浮捕获的装置不同，该光致悬浮捕获测试装置成本低廉且易于制作。

这些说明的编写方式使得任何人都可以参与使用这项技术。我们的实验方案重点在于测试装置的构建。具备一些光学或加工工具的先前知识可能会有所帮助，但并非必需。

开始组装木质装置时，将底座部件放置到位，使Y形标志朝上，然后将两个长侧板分别置于底座两侧，同时将第一个激光器支架滑入一端，第一个试管支架滑入另一端。将两个电磁铁支架安装到相机支架上，确保每侧的磁铁支架之间相隔一厘米，然后将磁铁支架与相机支架作为一个整体单元，紧邻第一个试管支架放置，并保持一厘米间距。接着，在电磁铁支架之后放置第二个试管支架，使第二个试管支架与第二个电磁铁支架之间也保持一厘米的间距。

若使用可选的光屏蔽板或遮光板，请将光屏蔽板滑入相机支架相对的一侧。根据激光器的长度，将第二个激光器支架滑动至所需距离的适当位置。可在所有支架下方放置光学导轨，以对准捕获系统的其他组件。

该位置有助于使透镜与激光器和试管对齐。然后将电磁铁放入电磁铁支架中。使用电压调节器、面包板和几根导线搭建电磁铁控制电路。

为此，将电压调节器插入面包板，使每个引脚位于不同的行中，并将电压调节器的输入引脚连接到微控制器板上的5伏电源引脚之一。将电压调节器的调节引脚连接到微控制器板上的通用输入输出（GPIO23）。接下来，将电磁铁的输入线连接到电压调节器的输出引脚，将电磁铁的输出线连接到微控制器上的接地引脚。

进行测试准备时，使用热熔胶将透镜固定在透镜支架内。完成后，将透镜支架放置在光学导轨上，并将激光器放入激光器支架中。接着，利用透镜和激光器确定激光的焦点位置，并沿光学导轨滑动透镜支架，直至焦点位于电磁铁中心正上方。

用铅笔在木制底座上标记焦点位置。准备捕获位点时，确保激光器已正确关闭，然后使用热熔胶枪将一个与电磁铁同极性的小型按钮磁铁粘在平台的平面上，使电磁铁能够排斥该平台。用黑色铝箔包裹3D打印的悬臂状平台，以防止平台受热熔化。

包被后，将选定的颗粒类型放置在平台的倾斜侧进行测试，然后将悬臂插入圆形支架中，磁铁侧朝外，并将试管插入同一圆形支架内。操作正确时，磁铁将几乎接触到玻璃。将试管置于试管架上，使平台位于电磁铁正上方中心位置。

悬臂应呈现被电磁铁排斥而处于上升位置的状态。将相机放入相机支架中，以捕获并观察平台上方或周围的任何捕获情况，从而完成装置的搭建。在仔细检查所有部件的位置后，通过在开发环境中按下“开始”按钮，或直接从终端正常启动文件，开始测试。

如果使用替代代码选项，请从正确的目录下通过终端命令启动测试。从终端运行时，命令应包含测试次数以及测试所关注的参数。已开展针对10种不同粒子的测试，以确定捕获效率最高的粒子。

研究发现，金刚石纳米颗粒和打印机碳粉是两种效果最佳的颗粒类型。随后使用相机检测系统进行了第二次颗粒类型测试，对最初10种颗粒中表现最好的4种进行了测试。结果表明，金刚石纳米颗粒仍然是最优选择，但其捕获率较之前略有下降。

在激光功率测试期间，测量了不同激光功率水平下的捕获速率。观察到较高的光功率输出对应更高的捕获速率。在本次测试中，激光器以满功率运行时记录到最高的捕获速率。

在整个实验方案中，最重要的是要牢记安全，尤其是激光安全。必须遵守适当的激光安全准则。本实验步骤便于对微小变量进行调整。

我们测试了激光功率和粒子类型，但其他任何变量（如物镜类型）也可以轻松更改。研究人员可以针对学术和教育目的采用他们自己的技术版本。该技术使人们能够开展快速且有意义的研究。