光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展
光镊技术开辟了单细胞操作与精准检测新途径
光镊技术开辟了单细胞操作与精准检测新途径近年来，光镊技术作为一种重要的生物科技工具得到了广泛关注和应用。
与传统的机械操作方式相比，光镊技术通过操纵光束来控制和操作微小物体，如细胞、蛋白质和DNA等。
这种非接触式的操作方式不仅避免了传统机械操作中可能引起的损伤和干扰，还为科学家们开辟了单细胞操作与精准检测的全新途径。
单细胞操作是生命科学研究领域中的一项基础性工作，它对于研究细胞的特性和功能以及疾病的发生机制具有重要意义。
传统的单细胞操作方法主要包括显微针和机械牵引等技术，但这些方法存在诸多局限性。
显微针微操纵需要高超的技巧和经验，并且容易对细胞造成损伤。
机械牵引则无法精准地控制单个细胞的运动与定位。
光镊技术的出现改变了这一局面，具有高精度和非接触性的特点，可实现对单个细胞的精确操作。
基于光镊技术的单细胞操作主要依赖于光的操控能力。
通过调整光束的形状、强度和方向等参数，科学家们可以实现对细胞的捕捉、固定、移动甚至切割等操作。
例如，他们可以利用光镊技术轻松地抓取和操纵细胞，并将其放置到特定的位置进行研究。
光镊技术还可以控制光束的强度来对细胞进行精确的切割，从而实现单细胞分离和单细胞转录组的测序等工作。
除了单细胞操作，光镊技术还在精准检测领域展现出了巨大的潜力。
传统的检测方法往往需要破坏细胞或者繁琐的操作步骤，限制了其在生命科学研究中的应用。
而光镊技术不仅可以对细胞进行非接触式的操作，还可以对其进行实时监测和成像。
例如，科学家们可以利用光镊技术对单个细胞进行活细胞荧光染色和成像，观察其生命活动的变化。
此外，光镊技术还可以结合其他检测方法，如拉曼光谱和质谱等，实现对细胞成分和代谢产物等进行定量分析。
光镊技术的广泛应用不仅推动了单细胞研究的发展，也为生物医学领域的精准治疗和诊断提供了新的思路和方法。
例如，在肿瘤治疗中，通过光镊技术可以对单个肿瘤细胞进行捕捉和杀灭，从而实现高效的个体化治疗。
此外，光镊技术还可以用于血液分析、细胞筛选和微流控芯片等领域，实现对微小生物和实体的高通量操控和检测。
光镊技术在生命科学中的应用前景
光镊技术在生命科学中的应用前景随着科学技术的不断进步，许多新的技术在不断诞生并应用到各个领域中。
其中，光镊技术便是生命科学中应用广泛的一种技术。
光镊技术是一种将光束和微型机械加工技术相结合的新型技术，其作用是利用光束对微米甚至纳米级别的生物分子进行操控。
在生命科学研究中，光镊技术可以用于分子分离、分析、定位以及微纳制造等方面，目前已成为了生物分子操控的一项重要技术。
一、光镊技术在生物靶点药物研发中的应用光镊技术在生物靶点药物研发中的应用十分广泛。
其作用是通过改变药物分子结构和成分来提高药物的稳定性和成活率。
此外，光镊技术还可以通过光引发的药物控制释放，有效控制药物的剂量和释放时机。
这种技术的应用使得药物的研发效率大大提高，可以更加精准地制订靶点药物研发方案。
二、光镊技术在基因编辑中的应用基因编辑是目前生物学领域中非常热门的研究课题，旨在通过对基因序列的修改来改变生物体的一些特性。
而光镊技术在基因编辑中的应用则是使得基因编辑更加方便和快速。
通过使用光镊技术，研究人员可以精准地改变基因序列，进行高效的基因编辑。
这种技术的应用使得基因编辑的效率得到了大幅提升，可以更加完善地开展基因编辑研究。
三、光镊技术在细胞成像中的应用在生命科学研究中，细胞成像是十分重要的一个环节。
而光镊技术可以通过对细胞进行精确的控制，使得细胞成像更加清晰和准确。
通过使用光镊技术，研究人员可以对细胞的实时动态进行观察和记录，并且可以控制细胞的移动、参与反应等过程。
这种技术的应用让细胞成像在生命科学研究中发挥了更加重要的作用。
四、光镊技术在单细胞组学中的应用在单细胞组学研究中，研究人员需要精确地针对单个细胞进行研究，从而探究基因调控和代谢网络等相关机制。
而光镊技术可以通过对单个细胞的操控和诱导，使得单细胞组学研究更加完善和深入。
通过使用光镊技术，研究人员可以对单个细胞进行操作，包括进行药物的注射、电击、脉冲处理等。
这种技术的应用可以更好地开展单细胞组学研究，实现对单个细胞特性的深入研究。
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展信息工程系 王 坚[摘要] 激光陷阱和控制、操作中性微小粒子的光镊技术是以光的辐射压原理为基础的，利用光与物质间动量的传递的力学效应形成三维梯度光学陷阱。
光压的实际应用在20世纪激光诞生后才得以实现。
由于激光突出的高方向性、高相干性、高亮度产生的辐射压高于一般的光，所以使得基于光压原理的光镊能够被发现并运用。
光镊能够捕获和操纵微米尺度粒子成为捕获操纵粒子独特且有效的手段，并且这种方法在物理和生物科学等领域掀起了一场技术革命。
本文简要回顾了早期光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展，以及当代光镊技术研究的最新成就。
[关键词] 激光陷阱，光镊，激光1． 引言光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具，它如同一把无形的机械镊子，可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作。
光镊的发明正适应了生命科学深入到细胞、亚细胞层次的研究趋势，也为生物工程技术提供了一种新的手段。
仅仅20年光镊的应用已展示其在物理和生命科学领域中无限美好的应用前景。
2. 光镊技术原理2.1光压原理光镊技术是基于光压原理的，光压原理在牛顿和开普勒时期就已经提出来了但是一直都没有什么应用。
光的压力原理早期只有在天文学中有些应用，德国的天文学家开普勒，在17世纪初提出彗尾之所以背向太阳的原因是，其受到了太阳辐射光压的作用力。
因为只有在天文学研究中当光的强度和距离都非常大的时候，光压对物质的影响才会明显的表现出来。
1873年Maxwell 从光的波动理论角度根据电磁理论推导出了光压的存在（电磁辐射压）并且给出了垂直入射到部分反射吸收体表面的光束的光压为：()R cE p +=1 其中,E 为每秒钟垂直入射到12m 上的能量，c 为光速，R 为物体对光的反射系数。
由计算式可以粗略的看出光压与光的动量有关。
从量子理论角度分析，我们可以认为光是由光子组成的，每个光子的能量为γh ，动量为ch γ，我们只能认为光压是光子将它的能量、动量传递给物体的吸收面或者反射的结果。
光镊的技术原理及应用
光镊的技术原理及应用1. 引言光镊是一种利用激光束产生光压力，对微小粒子进行操控和固定的技术。
其原理基于光子的动量，通过调节激光的光束参数，可以实现对微粒子的捕捉、移动、旋转等精确控制。
光镊技术在生物医学、纳米科学、光学通信等领域具有广泛应用。
2. 原理光镊技术的原理基于光子的动量和光压效应。
光子是光的最小单位，具有一定的动量。
当光子射到物体上时，其动量将被传递给物体，使其受到压力。
利用激光束产生的高强度、高聚焦的光场，可以对微小粒子施加足够的光压力，实现对其进行操控。
光镊技术主要基于两种光压效应：反射光压和偏折光压。
反射光压是指激光束射到微粒子表面后，被微粒子反射回去，产生反向的光压力。
偏折光压是指激光束通过微粒子时，由于微粒子对光的折射率不同于周围介质，产生折射现象，使光束偏折，从而产生光压力。
这两种光压效应可以结合使用，实现对微粒子的精确控制。
3. 技术应用3.1 生物医学领域光镊技术在生物医学领域有广泛的应用。
例如，可以利用光镊技术对单个细胞进行操控和研究，包括单细胞分离、单细胞操控、单细胞解析等。
此外，光镊技术还可以用于显微手术，如利用激光束进行准确切割或光凝固，实现微创手术。
光镊技术在生物医学领域的应用有望进一步推动微创手术的发展，并为生物医学研究带来突破。
3.2 纳米科学领域光镊技术在纳米科学领域也有重要应用。
通过调节激光的光束参数，可以对纳米颗粒进行精确的操控和排列，实现纳米技术的发展。
例如，可以利用光镊技术将纳米颗粒按照一定的规则排列，制备纳米材料的光学器件或纳米电路。
此外，光镊技术还可以用于纳米机器人的控制和操纵，推动纳米科学的进一步研究和应用。
3.3 光学通信领域光镊技术在光学通信领域有着重要的应用。
利用光镊技术，可以对光纤中的光信号进行精确的调控和处理，实现光信号的控制和传输。
例如，可以利用光镊技术对光纤中的光信号进行调制，实现光信号的放大或滤波。
此外，光镊技术还可以用于光纤通信系统中的光路选择和光纤连接的调整，提高光通信的可靠性和性能。
光镊原理的应用
光镊原理的应用1. 光镊的定义光镊是一种利用光的特性来控制微观对象的工具。
它利用激光束的聚焦效应，将光束聚焦成一个非常小的光点，并利用光的压阻力或光子的冲击力对微观对象进行操作和控制。
2. 光镊的工作原理光镊的工作原理主要基于下列两个重要效应：2.1 光阱效应光阱效应是指激光束在介质中发生折射、散射等现象，从而形成一种类似于势阱的光学场景。
当微观对象进入光阱时，会受到光的压阻力，并被限制在光束的焦点区域内。
2.2 光压效应光压效应是指光子在物体表面产生的反冲作用力。
当激光束聚焦到微观对象表面时，光子的冲击力会使微观对象受到推动或操纵。
3. 光镊的应用领域3.1 生物学研究光镊在生物学研究中得到广泛应用。
它可以用于操纵和植入细胞，进行单细胞操作、细胞捕获和分类，以及光学镊切、拉伸等细胞操作技术。
3.2 纳米技术在纳米技术领域，光镊可以用于纳米粒子的操纵、定位和组装。
通过调整激光的参数，可以精确控制纳米粒子的位置和方向。
3.3 光学通信在光学通信领域，光镊可以用于对光纤进行修复和调整。
通过调整激光的焦距和功率，可以精确控制光纤中的光信号。
3.4 物理学研究光镊在物理学研究中也扮演着重要角色。
它可以用于单个原子和分子的操作和操纵，以及量子态的控制和测量。
4. 光镊的优势和局限性4.1 优势•光镊可以对微观对象进行非接触式操作，避免了对样品的污染和损伤。
•光镊具有高空间分辨率和灵活的操纵能力，可以实现高精度的操作和控制。
•光镊可以在不同环境中工作，适用于各种复杂样品。
4.2 局限性•光镊在操纵微观对象时受限于光的传播特性，操作范围较小。
•光镊的操纵效果受到光源和光学系统的限制，需要高质量的光源和光学器件。
5. 总结光镊作为一种利用光的特性进行微观操纵和控制的工具，在生物学研究、纳米技术、光学通信和物理学研究等领域都有广泛的应用。
它具有非接触式操作、高空间分辨率和灵活的操纵能力等优势，但也存在操作范围较小和光源、光学器件的限制等局限性。
光的力学效应-光镊原理及应用 《大学物理》系列讲座
激光与微观粒子的相互作用
原子的激光冷却和捕陷
S. 朱棣文 ，C.C.达诺基，
W.D.菲利浦斯
1997年 诺贝尔物理学奖
原子冷却——不停热运动的原子 速度(v =104~ 105cm/s)慢下来
原子的激光冷却—原理图
六束各向同 性激光辐射 与具有热速 度分布原子 气体冷却
原子的激光冷却—实验装置图
(2) 光镊可以穿过透明封闭系统的表层（细胞膜）操控其内 部微粒（细胞器），也可以透过封闭的样品池的外壁，操控池 内微粒，实现真正的无菌操作。使得光镊有‘隔墙取物’之功 能。 (3)光镊是微小力的探针，类似弹簧，是极其灵敏的力传感 器。
激光斑直径mm会聚到μm量级
b
a
单光束梯度力阱—光镊
1986年，美国贝尔实验室的Arthur Ashkin等
人发现：单光束高度聚焦的激光可以稳定的捕
获直径数纳米到数十微米的微粒。 并形象的称之为“光镊”。
首次实现了单光束梯度力阱，即三位光学势阱，
单光束梯度力阱—光镊
a
b
F
Fb
O
a
Fa
R <λ/20
所采用的计算方法：
用瑞利散射的理论进行近似计算
光镊原理
光镊原理
C.第三类粒子（ R ~）介观粒子
在实验中，由于尺度与波长相近的粒子易被很牢
固地捕捉。所以我们经常用这样的粒子作为探测
对象，去研究我们感兴趣的微观现象。
但很不幸，在此尺度内(介观领域)，我们缺少与
之相配的理论，这就给我们带来了数值计算上的 困难。
PT 2 R
y
光镊原理
Y
oM
θ0 X
/
i OM O1
光镊技术的原理及应用
图4 光镊
(b)
测量微粒
布朗运动
的瞬时速
度。(a)实
验装置原
理 图 ;(b)
微的布朗
运动瞬时
速度分布
曲线
1907年，爱因斯坦认为能量均分定理适用于布朗微粒，但是因为单个微粒的瞬时速
度变化太快，所以这个预言难以从实验上直接证明。
2010年，Tongcang Li等人利用两束正交偏振相向传播的光束形成的光阱小球悬浮在
利用光镊捕获微粒，使两微粒在显微镜焦平面附近发生碰撞并直接进行观察。 通过大量的碰撞后两个微粒结合与分散，可得到相互作用的直接信息。
•纳米技术领域
在纳米技术领域，由于光镊能对微米级和纳米级的器件进行非接触 式操纵，因而被用于纳米压印、纳米组装和微纳加工。
图7 纳米组装。a）用光镊将沉在样品池底部的纳米线镊起；b）用光镊将 GaN纳米线和SnO2纳米带镊起，并放置到正确位置，然后用光学激光将二 者熔合。 （Pauzauski等人，纳米器件、电路）
图11 光镊测量细胞膜弹性。(a)光镊拉伸细胞的示意图;(b)用药后细胞膜的变 化量;(c)没有加药细胞膜的变化
图12 光镊技术操控活体动物内的红细胞。 (a)光镊操控小白鼠耳朵毛细血管 中的红细胞示意图;(b)光镊诱导红细胞疏通血管恢复正常血液流动
•分子生物学领域
图13 用光镊操纵单分子体系的模式。（a）单分子的一端粘在光阱中的微球上， 另一端粘在盖玻片上；（b）单分子的一端粘在光阱中的微球上，另一端粘在 吸附在玻璃微针上的微球上；（c）单分子的两端分别粘在两个光阱（双光阱） 中的微球上。
光镊技术的原理及应用
2017年3月22日
光镊技术的定义 原理 实验装置 操纵特点 应用
定义
生命科学研究中的光镊技术
３
虽然处理光与微粒相互作用，严格地说，应该用 光的电磁理论，特别是对尺寸小于光波长的粒子。这 里为了阐明梯度力的概念，形象地揭示出光是如何产 生对微粒的束缚力的，我们以透明介质小球为对象， 采用几何光学近似来考察光穿过介质小球的行为和分 析光作用于物体的力。对于几微米的小球来说，几何 光学模型是合适的近似。
光是一种特殊的物质，它与人类生活的关系非 常密切，伴随着人类文明的发展，人们对光的认识也 越来越深入。光携带有能量和动量，光与物质相互作 用时彼此交换能量和动量，产生各种效应。人们由日 常的经验很容易认识到光携带有能量，光与物质相 互作用使物体的温度升高， 称之为光的热学效应，比 如最重要的天然光源太阳，它的辐射带给地球热能；
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｉｎ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｌｉ Ｙｉｎ－ｍｅｉ Ｌｏｕ Ｌｉ－ｒｅｎ
（Ｕｎｉｖｅｒｉｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｈｉｎａ， Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｈｅｆｅｉ ２３００２６， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｇａｉｎｅｄ ｇｒｅａｔ ｓｕｃｃｅｓｓ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ １８ ｙｅａｒｓ ａｇｏ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｗｉｌｌ ｂｒｉｅｆｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｉｇｈｔ， ｉｔｓ ｂａｓｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｎｏｖｅｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ， ｔｈｅｎ ｉｔｓ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｎ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｌｉｆｅ ｓｃｉｅｎｃｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｇｒｅａｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｉ ｎｌ ｉｆｅｓ ｃｉｅｎｃｅ．
第五组——光镊技术的新应用剖析
光镊技术的新应用纪美伶，白中博，王娜，马学进（西安交通大学生物医学工程）摘要激光光镊自从1986年发明以来，作为一种无直接接触、无损伤、可产生和检测微小力以及精确测量微小位移的物理学工具，在生命科学等多个领域得到了广泛的应用。
本文从光镊的诞生出发，简要讨论了光镊的原理，光镊装置的基本结构，并简要介绍了各个种类光镊的独特功能以及基于光镊的一些新技术，进而对光镊技术及其在生命科学中的应用现状和进一步发展作了评述和讨论，阐述了光镊在生命科学研究中的潜在地位和巨大的发展前景。
关键词光镊；生命科学；原理；基本结构；应用现状；发展New Applications of Optical TweezerJi Mei-ling,Bai Zhong-bo,Wang Na,Ma Xue-jinAbstract The optical tweezer technique has emerged as a flexible and powerful tool for exploring a variety of scientific processes such as life science since it was invented in 1986. From the birth of the optical tweezer, this paper will briefly discuss its working principle, its basic structure and introduce some kinds of optical tweezers with novel features or some new technologies based on it. Then its recent developments on both the technology and applications in life science will be reviewed. It is shown that optical tweezer will have great potential in life science.Key words：optical tweezer; life science; principle; basic structure; application; development光镊简介一百年前，爱因斯坦提出的光量子学说最终导致了激光的诞生，20世纪60年代激光器的发明，使光与物质相互作用产生的力学效应真正走向实际的应用。
光镊的技术原理及应用
光镊的技术原理及应用光镊是一种利用光学力对微小粒子进行操作和操纵的技术设备。
它的技术原理主要基于激光束的光学力和光动力学效应。
通过调控激光束的参数，如光强、波长和光束的横截面形状等，可以对微小粒子产生吸引力或推力，实现对其位置和运动的控制，从而实现对微小粒子的操作。
光镊的技术原理主要包括光学效应、散射效应和吸收效应。
其中光学效应是最基本的原理，它通过光场对粒子施加的力来操纵粒子的运动。
当激光入射到粒子上时，激光光子与粒子之间会发生散射作用或吸收作用。
激光束的光强和波长的选择会影响光学效应的大小和类型。
当光学效应与光学力平衡时，粒子会被束缚在光学力场中，形成光镊效应，这样就可以对粒子进行操作。
光镊技术有着广泛的应用领域。
首先，光镊技术可以用于微生物学研究。
通过光镊技术，可以操纵微生物细胞、病毒等微小生物粒子，进行单个细胞的操作和研究。
例如，可以通过光镊技术捕获和操作单个细胞，研究其生长、分裂和运动等过程。
此外，还可以通过光镊技术将不同种类的微生物分离，实现对微生物的定点操作。
其次，光镊技术在生物医学领域也有很多应用。
例如，可以利用光镊技术对单个细胞进行操作，并对细胞内部进行精细的观察和测量。
这对于了解细胞的功能、结构和代谢等过程具有重要意义。
此外，光镊技术还可以结合显微技术，实现对活体组织和器官进行非侵入性操作和观察。
例如，可以通过光镊技术对活体细胞进行切割、焊接、注射等操作，用于研究和治疗癌细胞、神经退行性疾病等疾病。
再次，光镊技术也可以应用于纳米技术和纳米制造领域。
通过光镊技术，可以操纵和组装纳米颗粒，构建纳米结构和纳米器件。
例如，可以通过控制光镊的位置和力度，操纵纳米颗粒进行排列和组装，构建具有特定功能和性能的纳米结构。
此外，还可以利用光镊技术对纳米材料进行加工和处理，实现对纳米材料的精确控制和调节。
总之，光镊技术通过利用光学力对微小粒子进行操作和操纵，具有广泛的应用前景。
它在微生物学研究、生物医学领域和纳米技术等领域都有重要应用。
激光光镊技术的原理应用及发展
激光光镊技术的原理应用及发展激光光镊技术是一种利用激光束对微小颗粒进行操控的技术，其原理基于光与物质的相互作用。
激光光镊技术已经在生物医学、材料科学、纳米技术等领域得到了广泛应用，并且在未来有着广阔的发展前景。
激光光镊技术的原理基于光的力学效应。
当激光束聚焦到一个小区域内时，光束中的光子与物质发生相互作用，使得物质受到一个力的作用。
这个力被称为光力学力，它可以通过调节激光束的强度、频率和偏振等参数来控制。
当激光束聚焦到一个微小颗粒上时，光力学力可以使得颗粒受到一个稳定的力，从而实现对其位置的精确控制。
激光光镊技术的应用领域非常广泛。
在生物医学领域，激光光镊技术可以用于细胞操控、细胞分离、细胞注射等操作。
通过激光光镊技术，可以实现对单个细胞的精确操控，从而进行细胞实验、药物筛选等研究。
在材料科学领域，激光光镊技术可以用于纳米材料的制备和操控。
通过激光光镊技术，可以实现对纳米材料的精确操控，从而制备出具有特定结构和功能的纳米材料。
在纳米技术领域，激光光镊技术可以用于纳米的操控和纳米设备的制造。
通过激光光镊技术，可以实现对纳米的精确操控，从而实现纳米设备的制造和操作。
激光光镊技术的发展前景非常广阔。
随着激光技术的不断进步，激光光镊技术的精度和稳定性将会得到进一步提升。
同时，激光光镊技术的应用领域也将不断拓展，将会在更多领域发挥重要作用。
例如，在生物医学领域，激光光镊技术可以用于癌症治疗、基因编辑等前沿研究。
在材料科学领域，激光光镊技术可以用于纳米材料的合成和改性。
在纳米技术领域，激光光镊技术可以用于纳米的制造和应用。
激光光镊技术是一种利用激光束对微小颗粒进行操控的技术，其原理基于光与物质的相互作用。
激光光镊技术在生物医学、材料科学、纳米技术等领域得到了广泛应用，并且在未来有着广阔的发展前景。
随着激光技术的不断进步，激光光镊技术的精度和稳定性将会得到进一步提升，其应用领域也将不断拓展。
激光光镊技术的原理应用及发展激光光镊技术是一种利用激光束对微小颗粒进行操控的技术，其原理基于光与物质的相互作用。
激光光镊技术及其应用
激光光镊技术及其应用陈 君传统的机械镊子夹持物体时必须用镊尖接触物体,然后施加一定压力,物体才能被夹住。
而光镊则不同,它是基于光的力学效应使物体受到光束的束缚,然后通过移动光束来迁移或翻转物体。
与机械镊子相比,光镊夹持和操纵物体的方式是温和而非机械接触的,能够无损伤地捕获和操作微小的活细胞及纳米量级的颗粒。
光镊为研究微观世界提供了一种新手段,可以预见,在21世纪,作为纳米科技和生命科学领域得力工具的光镊技术必将具有广阔的应用前景,也必将成为本研究领域不可或缺的技术手段之一。
一、激光光镊的渊源与特点激光光镊技术早期也称为激光捕获技术,它利用聚焦的激光束夹起并操纵细胞、细菌或原子等尺度约在几纳米到几十微米之间的微粒。
早在1969年,光镊技术的发明人贝尔实验室的阿什金(A.Ashkin )就首次实现了激光驱动微米粒子。
此后他又发现微粒会在横向被吸入光束(当微粒的折射率大于周围介质折射率时)。
在研究了这两种现象之后,他又利用相对传播的两束激光实现了双光束光阱。
1970年,他利用多光束激光的三维势阱成功夹起并移动了水溶液中的小玻璃珠,后来这种激光夹持微粒的技术经过不断改进,所能捕获的粒子越来越小。
1985年,阿什金开始采用单光束夹持细菌、病毒等微小生物体,并在1987年利用1064纳米的红外激光成功夹起病毒。
但由于活性体对可视波段激光具有强烈的吸收作用,因此早期实验在对细菌的操作过程中存在活细胞损伤的问题,后来阿什金发现红外光对大多数生物细胞和有机体是相对透明的,所以为了避免损伤活细胞组织,在用于大多数生物研究的光镊装置中以800～950纳米的红外激光配合一定的功率操作。
光镊自诞生以来已在微米尺度量级的粒子操控和粒子间相互作用的研究中发挥了重要作用,成为这一尺度微粒的特有操控研究设备。
由于它是用“无形”的光束来实现非机械接触弹性捕获微粒,因此不会对样品产生机械损伤,又由于光镊的所有机械部件离捕获对象的距离都远大于捕获对象的尺度,是“遥控”操作,因而几乎不干扰粒子的周围环境。
光镊技术的发展概况
光镊技术的发展姓名：***学号：SA********专业：检测技术与自动化装置目录1 引言 (2)2 光镊技术的原理 (4)2.1 光镊技术基础 (4)2.2 光的动量和光压 (5)2.3 新型光镊光场的研究 (7)2.4 应用中的相关理论 (9)3 光镊技术的应用 (11)光镊在生物细胞上的应用研究 (11)4 光镊技术的发展现状 (14)4.1 研究论文的发展势态 (14)4.2 技术专利的情况分析 (14)参考文献 (15)1 引言光具有能量和动量，经典光学主要以电磁辐射本身为研究对象。
而近代光学的发展则是以光与物质相互作用为重要的研究内容。
20世纪60年代激光的发明，为人们研究光与物质相互作用提供了一种崭新的光源，其中高简并度的激光使得光镊技术得以问世。
光镊技术是美国科学家于1986年发明的。
光镊又称为单光束梯度光阱。
简单的说．就是用一束高度汇聚的激光形成的三维陷阱来俘获，操纵控制微小粒子。
自诞生以来，光镊技术已经在微米尺度量级粒子的操纵控制，粒子间的相互作用等方面的研究中发挥了重要作用。
1969年，Ashkin通过理论计算认为聚焦的激光能推动尺寸为几个微米的粒子，并实现了用聚焦的氩离子激光使悬浮在水中的透明胶粒(直径0.6-2.5μm)沿着光轴方向加速推离。
他发现接近光束的微粒也出乎意科地被吸入光束中推离。
在通过用气泡与液滴反复实验后，Ashkin认为光束对折射率比周围介质高的微粒具有横向吸力，但对折射率比周围介质低的微粒具有横向推力。
1970年．Aahkin等首先提出能利用光压(optical pressure)操纵微小粒子的概念。
一直到1986年，Ashkin才发现只需要一束高度聚焦的激光，就可以形成稳定的能量阱能将微粒稳定俘获。
这标志着光镊的诞生，正因为如此．光镊的正式名称为单束光梯度力阱(single—beam optical gradient force trap)。
由于激光聚集可形成光阱，微小物体受光压而被束缚在光阱处，移动光束使微小物体随光阱移动，借此可在显微镜下对微小物体(如病毒、细菌以及细胞内的细胞器及细胞组分等)进行的移位或手术操作。
试述OT的实验的原理及应用
试述OT的实验的原理及应用OT（Optical Tweezers，光镊）是一种基于激光束的技术，利用光束对微小物体施加的光强梯度力可将其捕获、操纵及测量。
光镊技术具有极高的精度和灵活性，已在生物医学领域、物理学领域、纳米技术领域等多个领域得到广泛应用。
光镊技术的实验原理是利用激光束对微观物体施加光强梯度力。
当激光束通过具有高折射率和低吸收率的微观物体时，会在物体两侧形成光强梯度。
在光强梯度的作用下，微观物体会朝向光强较高的位置移动。
具体来说，激光束通过一块物质时，光线会一部分被反射，一部分被折射，形成驻波光场。
当微观物体位于驻波光场中心，所受总光学力为零；当微观物体发生偏离时，物体受到光束形成光强梯度力的作用，从而被拉向较强光强区域，最终位置恢复到中心位置。
光镊技术的应用非常广泛。
在生物医学领域，光镊技术可用于单个细胞或细胞内器官的操纵和研究。
通过捕获和操纵细胞，可以研究细胞的力学性质、运动机制以及细胞内分子的相互作用。
同时，光镊技术还可用于研究细胞力的传递和生物流变学等领域。
例如，可以在一个细胞上施加力，观察其对相邻细胞的影响。
此外，光镊还可以用于分析DNA、RNA和蛋白质等分子的物理性质和相互作用，有助于揭示生物分子的结构和功能。
除了生物医学领域，光镊技术也在物理学研究中得到广泛应用。
例如，在凝聚态物理学研究中可以利用光镊技术探索微观粒子间的相互作用力，研究纳米材料的力学性质以及物质间的相互作用。
通过调节光束的参数，可以控制和操纵微观粒子的运动和排列，进而研究凝聚态物理学中的多体现象。
此外，光镊技术还可用于研究和操作纳米材料，如碳纳米管、纳米颗粒等。
光镊技术在纳米技术中也有广泛的应用。
由于光镊技术的高精度和灵活性，它可用于纳米加工和纳米装配。
例如，通过光镊技术可以将多个纳米粒子组装起来构造纳米器件，如纳米电路和纳米机器人。
此外，光镊还可以用于纳米材料的表征和研究。
通过操纵纳米颗粒的运动，可以了解其形态和性质。
光镊技术概论
光镊技术概述姓名：刘志辉 学号：SC11009018 系所：009系光镊又称单光束粒子阱，是A.Ashkin [1]在1969年以来关于光与微粒子相互作用实验的基础上于1986年发明的。
单光束粒子阱实质上是光辐射压梯度力阱，是基于散射力和辐射压梯度力相互作用而形成的能够网罗住整个米氏和瑞利散射范围粒子的势阱。
一、光镊技术的基本原理光可以看作是光子流，每个光子都具有动量P [2]：λh C E P == E 是波长为的光子能量。
当光照射到物体时，光子的动量传递给物体并产生压强，称为光压。
光压对于宏观物体的影响可以忽略不计，但对于直径小于100um 的微小粒子，这种辐射压的作用是必须考虑的。
光镊对粒子的俘获作用机制与其尺寸有关。
根据粒子直径(D )和光波长(λ)的大小关系，光镊的作用机制被分为3类：几何光学机制(λ>>D 时)、雷利机制(λ<<D 时)和中间机制(介于前两者之间的情况)。
对于直径大于波长的米氏散射粒子来说，光镊的势阱原理可以用几何光学来解释[3]。
如图1所示。
入射光线a 在粒子小球的作用下而偏离原来的运动方向，粒子小球则受到一个相反的作用力Fa 。
同理可知，光线b 对粒子施加Fb 的作用力。
Fa 和Fb 的合力指向光束的焦点。
这样，就可以通过移动光束的焦点的位置，控制粒子小球前后左右的移动，实现对粒子的捕获和操控。
图1单光束梯度力光阱的几何光学原理对于直径小于激光波长的瑞利散射颗粒，适用于波动光学理论和电磁模型。
波动光学理论认为，在光轴方向有一对作用力：与入射光同向正比于光强的散射力和与光强梯度同向正比与强度梯度的梯度力。
在折射率为的介质中，折射率为 的瑞利粒子所受的背离焦点的散射力为c P n F scat m scat /= (1)这里scat P 为被散射的光功率。
或用光强0I 和有效折射率m p n n m /=表示为m scat n m m r c I F 2224650)21(3128+-=λπ (2) 对于极化率为α的球形瑞利粒子所受的指向焦点的梯度力为2222332)21(22E m m r n E n F m m scat ∇+--=∇-=α (3) 这样，在焦点处形成势阱的标准为指向焦点的梯度力与背离焦点的散射力之比大于1，即两者的合力指向焦点，即有11)2(643320352225≥-+==ωλπr m m n F F R m scat grad(4) 若粒子小球在横向(垂直于光轴方向)偏离中心位置，也会受到一个指向光束中心的作用力使小球锁在焦点处。
有关于光镊原理的生活应用
有关于光镊原理的生活应用1. 什么是光镊光镊是指利用光束的力对微小粒子进行捕捉、操作或测量的一种技术。
光镊利用光束与物质之间的相互作用力，通过调节光束的强度、聚焦度和波长等参数，实现对微观颗粒的精确操控。
2. 光镊原理光镊的原理基于光的性质和物质的微观结构。
当光束照射到物质上时，光的能量会被物质吸收，从而产生反作用力。
光镊利用这种反作用力，通过调节光束的参数，使其对微小粒子产生的力达到捕捉或操作的目的。
3. 光镊的生活应用3.1 生物学研究光镊在生物学研究中具有广泛的应用。
通过调节光束的参数，可以将光镊应用于单细胞分析、细胞捕捉和操控、细胞成像等领域。
光镊可以对微小的细胞结构进行精确定位，实现对细胞的非侵入式操作和观察。
3.2 纳米技术研究在纳米技术研究中，光镊也发挥着重要的作用。
通过控制光束的参数，可以实现对纳米粒子的精确定位和操控。
光镊在纳米材料的合成、纳米流体的输送和纳米器件的组装等方面具有潜在的应用价值。
3.3 光学通信光镊在光学通信领域的应用也日趋重要。
光镊可以实现对光纤中的光信号进行控制和调整，提高光信号的传输质量和速率。
光镊在光纤网络的建设和光纤通信设备的优化中有着重要的作用。
3.4 医疗器械光镊在医疗器械领域的应用也逐渐增多。
光镊可以用于人体内部的微创手术，通过控制光束在人体组织中的聚焦和操控，实现对病变组织的准确治疗。
光镊具有非侵入性、高精度和自动化等优势，对提高手术安全性和治疗效果具有重要意义。
3.5 材料科学研究在材料科学研究中，光镊也发挥着关键的作用。
光镊可以对材料的微观结构进行精确分析和操作，帮助科学家研究材料的性质和改善材料的性能。
光镊在材料制备、材料测试和材料表征等方面具有广泛的应用和发展前景。
4. 总结光镊作为一种利用光束对微观颗粒进行捕捉、操作或测量的技术，在生物学研究、纳米技术研究、光学通信、医疗器械和材料科学研究等领域具有广泛的应用。
光镊的原理基于光的性质和物质的微观结构，通过调节光束的参数实现对微小粒子的精确操控。
光镊原理及其应用
光镊原理及其应用摘要：激光的发明使得光的力学效应走向了实际应用。
本文介绍了光镊技术的基本原理及其在生物科学方面的一些应用。
关键词：光镊；光的力学效应；生物科学；应用1 引言光镊是A. Ashkin[1]在关于光与微粒子相互作用实验的基础上于1986年发明的。
光镊在问世之初被看作是微小宏观粒子的操控手段，并渐渐成了光的力学效应的研究和应用最活跃的领域之一。
近20年来光镊技术的研究和应用得到了迅速的发展，特别是在生命科学领域，光镊已成为研究单个细胞和生物大分子行为不可或缺的有效工具。
2 基本原理光镊的基本原理在于光与物质微粒之间的动量传递的力学效应。
对于直径大于波长的米氏散射粒子来说，光镊的势阱原理可以用几何光学来解释[1~3]。
如图1（a）所示。
入射光线A将光子的动量以辐射压的形式作用于粒子小球，力的作用方向与光线入射方向相同。
A经过若干反射、折射后，以光线A’出射。
入射光线的辐射压减去出射光线的辐射压为粒子小球所受的净剩力F A。
图1（b）为作用力简图，实际力的作用过程较此复杂，A’应为所有（包括反射光透射光）出射光线辐射压的合力，但结果与此相似，小球受轴向指向焦点的力。
对于直径小于激光波长的瑞利散射颗粒，适用于波动光学理论[1]和电磁模型。
波动光学理论（也是光镊的基本理论）认为，在光轴方向有一对作用力：与入射光同向正比于光强的散射力和与光强梯度同向正比与强度梯度的梯度力。
在折射率为n m的介质中，折射率为n p 的瑞利粒子所受的背离焦点的散射力为[1]F scat =n m P scat/ c （1）这里P scat为被散射的光功率。
或用光强I0和有效折射率m = n p / n m表示为（2）对于极化率为α的球形瑞利粒子所受的指向焦点的梯度力为（3）这样，在焦点处形成势阱的标准为指向焦点的梯度力与背离焦点的散射力之比大于1，即两者的合力指向焦点，即有（4）若粒子小球在横向（垂直于光轴方向）偏离中心位置，也会受到一个指向光束中心的作用力使小球锁在焦点处。
光镊技术在生物实验中的应用研究
光镊技术在生物实验中的应用研究光镊技术是一种利用激光成像技术和激光光束束缚单个或少量微小物体的技术。
它具有快速、准确、精细等特点，并且在生物实验中有着广泛的应用。
一、光镊技术的原理光镊技术是利用激光产生作用力的原理，当激光束照射到微观颗粒上时，由于光学力的作用，颗粒受到的作用力使其在光束的光学势场中处于平衡状态。
这种作用力可以将微观颗粒固定在一个空间位置上，这就是所谓的光学“镊子”。
二、光镊技术在生物实验中的应用1.细胞操纵细胞操纵是光镊技术在生物实验中最常见的应用之一。
通过控制激光束的移动和强度，可以实现对细胞的定向移动、操控、切割等操作，从而实现对细胞的形态、生理和功能进行研究。
2. DNA修复光镊技术还可以应用于DNA修复研究中。
在DNA分子中，由于损伤、烷基化、辐射等因素会导致DNA链断裂或广泛损伤。
利用光镊技术，可以将损伤的DNA链修复还原，从而防止疾病发生。
3. 分子机器的组装与操作分子机器是在生物学和生物医学中起着重要作用的纳米机器。
光镊技术可以应用于分子机器的组装和操作上，通过镊子的作用力将多个分子连接在一起组成复杂纳米结构，实现更为精确的操作和控制。
三、光镊技术的发展前景随着技术的发展和应用场景的拓展，光镊技术在生物实验中的应用前景非常广阔。
未来，光镊技术将在细胞病毒的治疗方面、基因编辑技术中、药物研究和测定中等发挥重要作用。
同时，光镊技术在生物实验中的研究也将不断深入，为人类健康和医学研究提供更为精确的技术支持。
总的来说，光镊技术是一种十分有前途的技术，它在生物实验中的应用已经开始展现出其身手，未来光镊技术的应用前景将会异常广阔。
因此，未来的研究方向也将会越来越多，我们也将会看到更加令人惊喜的高科技的涌现。
单光纤光镊的研究
单光纤光镊的研究1 绪论1.1 概述光学捕获理论则是建立在光的辐射力基础上的。
当光辐射场与物体的相互作用时会使物体受到光辐射力的作用。
而激光捕获就是利用激光的这一效应实现对微粒的稳定捕捉的。
由于光镊是利用光束实现对微粒非机械接触的捕获，而且捕获距离远大于捕获对象的尺度，因此在捕获过程中不会产生机械损伤也不会影响粒子周围的环境。
而且在操作过程中，光镊可作为力的传感器实时测量微粒间的相互作用力。
这也使得光镊不但是操控微粒同时还是研究微粒静态和动态力学特征的理想工具。
但由于显微镜的常规光镊仪器体积庞大，价格昂贵还有几何尺寸等问题限制了常规光镊作为生物粒子微操纵工具的应用。
而新发展的光纤光镊技术能够较好地解决这类问题，它利用光纤出射光场构成光镊，使光阱操纵与光学显微镜分离。
从而改善常规光镊仪器所存在的问题。
在目前为止，光镊已被广泛应用于对细胞、细胞器和染色体的捕获、分选、操纵、弯曲细胞骨架、克服分子马达力引起的细菌旋转动力、测定马达蛋白作用力、及对膜体系进行定量研究。
除此以外，光镊技术还被应用于微小颗粒的捕获、排列和显微制造等领域。
随着光电器件性能的进一步提高和光镊技术的进步，光镊必将得到越来越广泛的应用。
1.2 光镊技术的发展及应用光镊是单光束梯度力势阱的简称，是基于光作用于物体的辐射压力和梯度力相互作用而形成的势阱。
1.2.1 光镊技术的背景1864年，英国数学物理学家麦克斯韦创立了电磁场理论，提出辐射场携带动量，论证了光压的存在，并推导出了光压力的计算公式；1901年，俄国物理学家列别捷夫用悬在细丝下的悬体制成扭称实现了光压力的实验测量；1905年，爱恩斯坦提出了光量子的概念，认为光是一群以光速运动的、既有质量又有动量的光子流；1909年，德拜给出了线偏振电磁波作用于均匀球形粒子的辐射压力的理论，但由于光辐射压极其微弱，同时也因没有足够强的光源，所以无法进行实验研究。
直到20世纪60年代，激光的发明给辐射压力的研究提供了高强度、高准直度的光源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展信息工程系 王 坚[摘要] 激光陷阱和控制、操作中性微小粒子的光镊技术是以光的辐射压原理为基础的，利用光与物质间动量的传递的力学效应形成三维梯度光学陷阱。
光压的实际应用在20世纪激光诞生后才得以实现。
由于激光突出的高方向性、高相干性、高亮度产生的辐射压高于一般的光，所以使得基于光压原理的光镊能够被发现并运用。
光镊能够捕获和操纵微米尺度粒子成为捕获操纵粒子独特且有效的手段，并且这种方法在物理和生物科学等领域掀起了一场技术革命。
本文简要回顾了早期光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展，以及当代光镊技术研究的最新成就。
[关键词] 激光陷阱，光镊，激光1． 引言光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具，它如同一把无形的机械镊子，可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作。
光镊的发明正适应了生命科学深入到细胞、亚细胞层次的研究趋势，也为生物工程技术提供了一种新的手段。
仅仅20年光镊的应用已展示其在物理和生命科学领域中无限美好的应用前景。
2. 光镊技术原理2.1光压原理光镊技术是基于光压原理的，光压原理在牛顿和开普勒时期就已经提出来了但是一直都没有什么应用。
光的压力原理早期只有在天文学中有些应用，德国的天文学家开普勒，在17世纪初提出彗尾之所以背向太阳的原因是，其受到了太阳辐射光压的作用力。
因为只有在天文学研究中当光的强度和距离都非常大的时候，光压对物质的影响才会明显的表现出来。
1873年Maxwell 从光的波动理论角度根据电磁理论推导出了光压的存在（电磁辐射压）并且给出了垂直入射到部分反射吸收体表面的光束的光压为：()R cE p +=1 其中,E 为每秒钟垂直入射到12m 上的能量，c 为光速，R 为物体对光的反射系数。
由计算式可以粗略的看出光压与光的动量有关。
从量子理论角度分析，我们可以认为光是由光子组成的，每个光子的能量为γh ，动量为ch γ，我们只能认为光压是光子将它的能量、动量传递给物体的吸收面或者反射的结果。
实际上当光与物质发生作用的时候，能量的交换引起热效应，使物质产生热膨胀、组织蒸发等现象，一般也伴随一些续发的压力效应，这是次生性的所以我们一般不考虑，也就是说我们认为光压是由光与物质之间的动量的传递而引起的。
如果有单色光正入射到颗粒上，设有N 个光子，则它们的能量和动量分别为ch N Nh γγ和,N 个光子传递给吸收壁的动量为γNh ,传给反射的动量为ch N γ2（⎪⎭⎫ ⎝⎛--c h N c h N γγ设入射方向为正方向），这样我们假定物质的反射系数为R,于是有N 个光子传的动量为： ()()()R cE N R c h N c h RN c h N R +=+=+-1121γγγ，显然这与Maxwell 的电磁推导结论一致。
人们在日常的生活中也能体会到光压的存在，比如有些人在晚上睡觉的时候如果有灯开着的话，他们的眼睛会感到有种无形的压力，使得他们很难入睡。
但是这个力非常的小，人们很难对其进行有效的研究和利用。
由上面推导的理论可以估算当太阳垂直照射大地，若完全被吸收时，所产生的光压仅约为0.6达因/2m ，所以一般的照明灯的光压就更小了。
直到20世纪60年代激光出现后，人们能够利用它强大的光压实现激光陷阱，利用激光陷阱可以加速、减速、改变、操纵甚至可以稳定的俘获粒子。
2.2光镊技术早在1968年，源于对原子操作的需要，苏联光谱学家Letokhov 首先提出利用光场梯度力来限制原子的思想，但他并没有研究出什么实质性成果。
后来美国bell 实验室的A.Ashkin1969年开始关于光与粒子相互作用的研究[]1， 并于1978年A.Ashkin 提出了首个单光束梯度力陷阱的方案。
在此之前早期的光学陷阱要么是由多光束会聚在一点实现，要么就是由与激光传播方向相反的力与激光共同作用实现的。
1986年A.Ashkin 将单束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱就此发明了激光光镊术。
用几何光学模型(R-O 模型)近似，光阱中微粒受到梯度力、散射力和合力用下面的关系式表示： g g Q c p n F •=1 ， s s Q c p n F •=1 ， t t Q c p n F •=1其中1n 为有效折射率，无量纲因子t s g Q Q Q ,,表示各力随光功率变化的比例系数，与微粒的几何外形和微粒在光阱中的位置有关。
要提高光阱的利用率就要提高g Q ，降低s Q ，从而提高t Q 。
激光光镊术(optical tweezers 或laser traps)早期也叫激光捕获术,即利用聚焦的激光束镊操纵细胞、细菌或原子等大约尺度在几纳米到几十微米之间的微小粒子的一项全新的物理技术。
激光光镊技术可运用的粒子非常的多，有：原子、大的分子、10纳米—10微米的小电介质球、甚至还有像病毒、单细胞和细胞内的器官等生命组成的小粒子。
而且激光操纵技术在很多微小粒子的研究领域、微机械领域发挥了极其重要的作用，尤其是生命科学研究中发挥着不可替代的作用。
早期光镊技术运用于生命科学研究时，经常发现有很严重的损伤生命活体情况。
人们分别从物质微粒所处的介质，光的波长，波面的光强分布，以及光的脉冲长短等角度出发解决了这个问题，使得激光陷阱更加的安全、稳定、高效。
随着研究和利用的深入使得人们对光压原理有了更深的理解，人们逐步认识到光对物质的力学作用，是光与物质相互作用过程中动量传递的结果。
光作用到物质上，物质会对光产生折射、反射和吸收。
当把具有一定模式和能量的激光会聚到微米量级的光斑作用在物质上，人们研究得到光线光学理论[]3.2：若忽略物质微粒对光的反射和吸收，光对高折射的物质微粒将产生三维指向光束焦点的梯度力，只要微粒靠近光束焦点，该力就可以将数纳米到数十微米的粒子推向光场最强处，并稳定在那里，随光束焦点的移动而移动。
若物质微粒对光全反射，则每根光线对微粒产生的力指向微粒的几何中心，如果光束的焦点刚好在微粒（一般为球状）的底部所处的平面，小球受到二维且指向光轴的力，否则力是背离光轴的。
若物质微粒对光强烈的吸收时，由于光场分布的非均匀性，光能被微粒吸收后，将在离子的内部产生热量梯度分布，越靠近光轴的温度越高，由温度梯度产生热辐射力将把粒子推离光轴，也就是会排斥微粒。
3.光镊技术的应用早在1970年光镊技术的先锋——贝尔实验室的阿什金(A.Ashkin)就利用多光束激光的三维势阱成功镊起并移动水溶液中的小玻璃珠,之后这一激光镊引起微粒的技术得到不断改进,所能捕获的粒子越来越小。
美国Beckman 研究中心以最快的速度将这项新技术与已经成熟的激光微束光刀耦联起来实现了激光诱导细胞融合，并且利用这个方法研究人类精子的游动，对细胞有丝分裂中后期的染色体进行切割，对其的运动和分布进行深入细致的研究。
又是通过激光光镊Stanford 研究中心于1995年记录到肌球蛋白沿肌动蛋白丝是依序地以10nm 的步距迈进而不是一大步跨越，并且还用激光陷阱测定了此微动力约为5pn 这一研究平息了人们多年来对肌球蛋白运动模式的争议，使得人类对生命中推动力的核心的认识进了一大步。
此外激光陷阱技术在体外受精的辅助、细胞识别、细胞熔解、染色体在细胞分裂时的运动等问题，以及地球引力给植物根带来的影响方面的研究还在进行中。
以Missawa为代表的日本研究组在光阱应用上另辟鼷径，他们设计出了一种“分时装置”使一束光可以形成多达八个独立的光阱，能有效的控制粒子的流动方向、大小以及粒子的空间图案排布。
他们的研究为光镊技术在化学、物理、生物等领域的应用开拓了先河。
光镊可以非接触，无损伤地操纵活体物质，并且它产生的皮牛数量级的力适合于生物细胞、亚细胞以及大分子的力学性质的研究，所以光镊越来越广泛地在生命科学领域运用。
光镊不仅在生命科学中有着广泛的运用，在物理学中他同样也发挥着很重要的作用。
利用激光陷阱可以使原子高密度的集在一起，而且我们可以观察到大量的冷原子以1cm/s的速率运动。
现在人们可以用光冷原子来记录低温，冷原子的技术还被设计应用来提高原子钟的精度。
基于该技术新型的更加精确的干涉计被开发出来，并已成功的提高了地球引力的测量精度；新的高精度的原子透镜被发明了，并运用在光束分析器上，使得一个新的领域原子光学诞生了；更高精度的平板印刷正在研究和开发中。
最近，光镊被用来研究Bose-Einstein凝聚物，Wolfgang Ketterle利用光镊可以将Bose-Einstein凝聚物输运半米的距离。
使用这种光输运法人们可以实现连续的原子激光器。
光镊还被用于研究微粒的Brown运动，带电粒子间的相互作用，以及带电粒子在电磁场中的运动规律。
近年来人们又提出了用光镊来引导微粒输运并且确定空间定位，排列或堆积，构造二维或者三维的微结构，目前国内也有人从事微堆积的研究，比如利用光镊制晶，我国目前天津大学对于该课题的研究处于前列。
4.结束语光镊技术从发明到如今得到了迅速的发展，控制粒子精度的从最初的微米发展到现今的纳米数量级，并且在物理、生物、化学等多学科和微机械领域发挥着及其重要的作用，其中生命科学领域的运用最为广泛。
现在虽然已经有公司推出了光镊系统的商业产品（Cell Robotics,Inc,Albuquerque,NM、SL.Inc）,但是由于其高昂的价格影响了该技术的广泛应用。
目前，我国中国科技大学的李银妹等教授正致力降低价格，使光镊更易于构建和操作方面的研究，并取得了一些进展，由于所研究的对象不同对光镊系统的配置及要求都不同。
所以，适用面广、操纵简便的安全系数高的光镊系统的开发之路还很长。
参考文献[1]A.Ashkin(1970) phys.Rev.Lett.24,156-159[2] A.Ashkin.Forces of a single beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime[J].Biophys.J.,1991,61(2): 569 582[3] S. Sato, Y. Harada, Y. Waseda et al. Optical trapping ofmicroscopic metal particles. Opt. Lett.,1994,19(22):1807 1809。