中科大利用光镊技术实现动物体内细胞三维光学捕获
光镊研究与产业现状
图ｌＡ．ＡｓｈｋｉＩｌ在实验室特别报道Ｉ光镊技术光镊研究与产业现状采写编辑：谢婧士黑纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目］木标。
光镊是利用光与物质问动量的传递的力学效应而形成的三维梯度光学势阱，是一种可以对活细胞和其他微小物体进行无损伤和非接触性操控的工具。
它是建立在光辐射压原理的基础上的。
早在１６１９年开普勒就曾经提出，光可能有“机械效应”，麦克斯韦在１８７３年、爱因斯坦在１９１７年都对光辐射压理论做过重要贡献。
到了１９６６年，索格金等人发明的可调染料激光器则为进一步探讨“光的机光镊将细胞从正常位置移去的能力，为我们打开了精确研究细胞功能的大门ｏ．——Ａ．Ａｓｈｋｉｎ械特性”和促进其应用提供了条件。
２０世纪７０年代，美国贝尔实验室的学者Ａ．Ａｓｈｋｉｎ（图１）和他的同事在对光子与中性原子的相互作用进行研究时，利用高聚焦单光束成功束缚了水中的乳胶微粒，将辐射压的应用从原子量级扩展到了微米量级。
在此基础上，Ａｓｈｋｉｎ又成功设计了双光束光学势阱，初步实现了利用光压操纵微粒的想法。
合作研究者朱棣文等还因为利用光压原理发展了激光冷却和囚禁原子的方法获得了１９９７年的诺贝尔物理奖。
１９８６年Ａｓｈｌｄｎ把单光束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱，证明其可以在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行亚接触性、无损活体操作，并形象地称其为光镊。
１９８６年问世后光镊技术发展迅速，针对不同种类激光束产生的光镊研究越来越全面，光镊的应用范围也越来越广（图２）。
纳米科学和生命科学被认为是２１世纪很有发展前途的领域，纳米生物学正是这两大领域的交叉产物，其研究的纳米生物体系主要是生物大分子及其复合体。
光镊的发明使在单个生物大分子及其复合体层面上对生命活动进行研究成为可能。
正如Ａｓｈｋｉｎ所说，光镊“为我们打开了精确研究细胞功能的大门”，在生命科学以及介观物理学领域得到了迅速应用并显示出了广阔的应用前景。
应用于纳米层面的光镊的精度也从微米达到了纳米：它可操控对象的尺度达到纳米量级：对微粒的操控定位达到纳米精度：位移测量达到纳米精度；可进行飞牛（ｆＮ）到皮牛（ｐＮ）量级微图２光镊的应用小相互作用力的实时测量。
光学工程_光镊技术
dp dt
p t
这意味着光对被照物体施加一个力的作 用，这种由于光辐射对物体产生的力通常称 之为光的辐射压力或光压。
p m v, dp dt m v ma F
11
.
如果光束的作用面积为S，则单位面积上的光压强 为。可以估算出，太阳光垂直照射时，地球表面的光压 为：W=0.5达因/m2，这个量很小。 但由于激光的高亮度、高方向性，发散角为毫弧度。 10mW He-Ne激光，辐射亮度为太阳光的1万倍，与原 子弹爆炸时亮度相当。 ）时，其压强为 再将其聚焦到衍射极限光斑，（ m W=106达因/m2从而可产生108cm/s2=105g的加速度。 对于微米数量级的小球来说，这个力非常大，每个光子 的动量虽小，但在聚焦后形成的高密度能流下，其力量 非常大，此为光摄的能源所在。
3
引 言
光镊----光学镊子，顾名思义它是一种 利用光物理性质实现的工具，它应具有 传统的机械镊子或钳子可狭持、操纵微 小物体的功能，故成为光镊或光钳。
4
激光束聚焦 至直径1um
激光光镊对酵母细 胞的捕获和操作 控制曝光时间在样品上 记录下直径变化的点
5
引 言
传统的机械镊子必须用其前端接触到物体，再施加一 定的压力，物体才能被镊住，而后进行翻转，迁移等操纵。 而光镊则大不相同， ①它使物体受到光的束缚而达到“镊”的目的，然后 通过移动光束来迁移或翻转物体 ②与机械镊子相比，它是一种温和的、非机械接触的 方式来夹持和操作物体 ③尤为重要，在以光镊的光为中心的一定区域内，物 体一旦落入这个区域就有自动移向几何中心的可能，尤如 微粒被吸光器吸入，或一个飞行物体坠入宇宙黑洞样，光 镊具有“引力”效应。同时光镊又象一个陷阱。
36
我国成功研制高端超分辨光学显微镜
科技资讯我国成功研制高端超分辨光学显微镜由中国科学院苏州生物医学工程技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨显微光学核心部件及系统研制”26日在苏州高新区通过验收,标志着我国已经成功研制出高端超分辨光学显微镜。
在当今生物学和基础医学研究中,高/超分辨光学显微镜发挥着至关重要的作用,10纳米至100纳米尺度的超分辨显微光学成像更是取得原创性研究成果的重要手段。
历时5年攻关,中科院苏州医工所科研人员突破大数值孔径物镜、特种光源、新型纳米荧光增强试剂、系统集成与检测等关键技术,已经申请90余项国家发明专利，其中获得授权30余项；研制出激光扫描共聚焦显微镜、双光子显微镜、受激发射损耗(STED)超分辨显微镜、双光子-STED 显微镜等高端光学显微镜整机；建成了高端显微光学加工、装调、检测以及显微镜整机技术集成工程化平台,培养出一支具备研制复杂精密高端光学显微镜能力的研发团队,为我国高端光学显微镜的发展提供了系统解决方案。
中科院苏州医工所所长唐玉国介绍,该所研制的超分辨显微镜或核心部件已在美国、德国、以色列及国内多家研究机构投入使用并取得部分成果。
例如，中科院动物所利用高端光学显微镜观察发育生物学中的基本现象,研究潜在调控机制；中科院药物所应用高端光学显微镜观察药物胞内靶向定位和输送,加速创新性新药 研发。
(刘巍巍 董瑞丰)来源：新华社3619.6千米！国产水下滑翔机“海燕”再次刷新续航里程纪录新型金属—DNA材料实现高效核酸递送3619.6千米，天津大学“海燕”再次刷新由自己保持的国产水下滑翔机连续工作时间最长和续航里程最远等纪录。
此次再次创造纪录的是“海燕-L”长航程水下滑翔机（编号CHC03）。
该型号的“海燕”是在国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项支持下，由天津大学与青岛海洋科学与技术试点国家实验室联合实验室研制的。
记者从天津大学了解到，11月下旬，该水下滑翔机在南海北部安全回收，顺利完成项目中期海上试验考核，无故障运行141天，最大工作深度1010米，连续剖面数达734个，续航里程3619.6公里，再次刷新此前由其保持的国产水下滑翔机连续工作时间最长和续航里程最远等纪录。
【学前教育】小动物活体单细胞光导
小动物活体单细胞光导嘿，各位科技与自然爱好者们，你们准备好了吗？今天，我们要一起探索一个既神秘又充满未来感的领域——小动物活体单细胞光导！是不是听起来就像科幻电影里的情节？别急，咱们这就来揭开它的神秘面纱！想象一下，你能够亲眼目睹一只小动物体内，单个细胞在光的引导下，如同被施了魔法般进行各种奇妙的反应。
这不仅仅是科学的突破，更是对自然界奥秘的一次深度探索！是不是觉得超级酷炫？那么，什么是小动物活体单细胞光导呢？简单来说，它就是一种利用光学技术，在活体小动物体内精确操控单个细胞的方法。
听起来是不是就像是在微观世界里玩“光与影”的游戏？没错，科学家们正是通过这种方式，来观察和研究细胞在活体环境中的行为变化。
你可能会问，这项技术有什么用呢？哎呀，用处可大了去了！它可以帮助我们更深入地了解细胞之间的相互作用、疾病的发病机制，甚至为未来的精准医疗和基因治疗提供新的思路和方法。
是不是觉得科技的力量真是无所不能呢？不过，要实现小动物活体单细胞光导，可不是件容易的事儿。
科学家们需要克服重重困难，比如如何在不伤害活体小动物的情况下进行精确操控、如何确保光信号能够准确无误地传递到目标细胞等等。
但正是这些挑战，激发了科学家们不断创新的热情，也让这项技术变得更加有趣和值得期待！你知道吗？随着技术的不断进步，小动物活体单细胞光导的应用范围也在不断扩大。
从基础的生物学研究到复杂的疾病模型构建，再到新药研发和基因治疗，它都有着巨大的潜力和价值。
是不是觉得这项技术简直就是科学界的“万金油”呢？当然啦，任何一项新技术的出现，都会伴随着争议和质疑。
比如，有些人可能会担心这项技术会对活体小动物造成不必要的伤害；还有些人可能会质疑它的伦理和道德问题。
但我想说的是，科技本身并没有对错之分，关键在于我们如何使用它。
只要我们秉持着负责任的态度和伦理原则，相信这项技术一定能够为人类社会的进步和发展贡献更多的力量！最后，我想说，小动物活体单细胞光导不仅仅是一项技术，更是一次科技与自然界的美妙融合。
26522961_突破“光”与“生物”的前沿共性难题——记北京理工大学机电学院、北京市智能机器人与系
封二人物Insidecover Characters突破“光”与“生物”的前沿共性难题——记北京理工大学机电学院、北京市智能机器人与系统高精尖创新中心教授张帅龙 倪海波2018年，诺贝尔物理学奖的一半授予美国科学家阿瑟·阿什金，以表彰他对光镊技术的开创性贡献。
正如阿瑟·阿什金所说：“精准操控细胞的能力，为我们打开了研究细胞功能的大门。
”光镊作为一项多学科交叉的前沿技术，正吸引越来越多科学家投入其中。
2005年，张帅龙导师的导师——美国加州伯克利大学的M i n g W u教授在光镊技术的基础上发明了“光电镊子”，为科学家开通了用光捕捉最佳细胞的路径。
此后，M i n g W u教授创办的Berkeley Lights公司在纳斯达克上市。
公司开发的光电镊产品在抗体开发、细胞疗法、新冠疫苗研发等领域取得了卓越的成就。
“和国外相比，我国在相关产学研方面主要存在的问题是一些关键技术和专利还没有掌握，如用于光学操控的光电三极管材料开发难题还没有攻克；领域交叉学科的人才尚有欠缺；国家在相关方面缺乏长远的投资支撑等。
”张帅龙如是阐述中国相关领域发展面临的一系列难题，而这也是他回国开启新征程的主要原因。
解码神奇的光电镊微纳机器人什么是光电镊？它在生命科学领域的应用会给人类生活带来怎样的影响？光电镊，顾名思义，是一种利用光电场抓住物体的工具。
不同于传统的机械系统，它利用光束诱导产生电场，对微小粒子如细胞器、生物大分子等进行夹持、操纵及微加工，是一种理想的微观研究工具。
近年来张帅龙所关注的微纳机器人研究发展正是基于光电镊技术的前沿交叉研究。
早在1966年上映的电影《奇幻旅程》中，就有了对未来微纳机器人的神奇想象：一名医学科学家将5名同事缩小到纳米尺寸并注入自己的体内，让他们“游”到患病区域替自己治疗。
如今，当年的科幻梦想已经照进现实——近年来，依靠微尺度光操控平台对机器人进行驱动的光操控微纳机器人技术正趋向成熟，已应用于细胞操控、生物组织定向培养等领域。
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。
光镊技术在生物细胞及生物大分子中的应用研究_窦红星
图3 细胞在2天、7天时的作用力-拉伸长度关系曲线
在光镊测量红细胞膜弹性新方法的建立一文中报道了利用单光束光镊测量 红细胞膜弹性，并且测量了不同浓度氧化苯砷(PAO)处理过的红细胞膜弹性，测 量结果表明浓度与膜弹性之间有明显的线性关系，即随着PAO浓度的增加，膜弹 性模量增加，膜弹性下降[14]。 实验中计算细胞膜的剪切弹性模量公式[4,15]为：
F 6 r
(2)
式中 为液体相对于捕获小球的速度，r 为小球的半径， 为流体的粘滞系数。 理论上，在给出了小球半径和可测量的 后，当小球被稳定的捕获时，作用
2
在微球上的作用力根据上述公式(2)可计算出[4]。 小球在光阱中服从 Boltzman 分布，定标系统的空间分辨率为纳米量级，结 论可用于分析实际的生物细胞在光阱中的运动[5]，把生物细胞看做理想小球给实 验计算带来了很大的方便。
4.2 光镊在生物大分子上的应用研究
为了操纵一个生物大分子， 往往将两个涂有肌浆球蛋白的聚苯乙烯小球黏在 生物大分子的两端，称其为“手柄” ，通过光镊捕获和操纵小球来达到操控生物 大分子的目的。 日本学者[16]将0.02um宽、16um长的单链DNA分子成功扭转、打结，打结的 DNA分子比肌动蛋白还强壮，这一技术可用于缝合细胞或神经的细微手术。庄 晓薇[17]用光镊解开了DNA分子的缠绕，对生物大分子的折叠构想进行了深入的 研究。Mihardja等人利用光镊系统拉伸单根核小体，研究了DNA与组蛋白之间的 相互作用。K Svoboda、J T finer等人[18,19]利用光镊技术对动力原蛋白运动机制进 行了研究。 T T Perkins等人[20]对DNA聚合链特征性运动对生物材料的粘弹性影响 及DNA凝聚过程进行了探索。Bustmante等[21]研究了单个DNA分子的非线性弹性 拉伸应变的静力学特性。 M.Manosas等人[22]通过光镊在小范围的作用力对RNA 分子的伸展进行了研究。 同时，沈为民、李银妹等人[23]已经建立了用光镊直接测量生物大分子间结 合强度的方法，并结合脂酶体重重建技术对抗体与抗原的结合力进行了实验测 量， 在单分子水平上提供了一种可行的直接测量手段，该方法有望推广到其他的 生物大分子体系的力的测定。 染色体是生物体重最重要的遗传载体，它是由DNA、RNA、组蛋白和非组 蛋白以特殊且复杂的方式构成的， 对大分子的操纵为解开遗传物质和细胞骨架带 来了希望, 同时在分子水平找到了揭开生命基本现象的新路径。 同时光镊技术应
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．
(完整word版)光镊原理
1.1光镊技术简介光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光场与微粒相互作用时形成的光学势阱来俘获粒子的【4】.1969年,A. Ashkin等首次实现了激光驱动微米粒子的实验。
此后他又发现微粒会在横向被吸入光束（微粒的折射率大于周围介质的折射率）.在对这两种现象研究的基础上,Ashkin提出了利用光压操纵微粒的思想，并用两束相向照射的激光，首次实现了对水溶液中玻璃小球的捕获，建立了第一套利用光压操纵微粒的工具。
1986年，A. Ashkin 等人又发现，单独一束强聚焦的激光束就足以形成三维稳定的光学势阱,可以吸引微粒并把它局限在焦点附近，于是第一台光镊装置就诞生了【5，6】。
也因此,光镊的正式名称为“单光束梯度力势阱” （single-beam optical gradient force trap）。
由于使用光镊来捕获操纵样品具有非接触性、无机械损伤等优点，这使得光镊在生物学领域表现出了突出的优势。
这些年来，随着研究的深入和技术的不断完善，光镊在生物学的应用对象由细胞和细胞器逐步扩展到了大分子和单分子等。
目前，光镊常被用来研究生物过程中的细胞和分子的运动过程【7—10】，也常被用来测量生物过程中的一些力学特征【11-14】。
1.2光镊的原理与特点众所周知，光具有能量和动量，但是在实际应用中人们经常利用了光的能量,却很少利用光的动量.究其原因，这主要是因为在生活中我们接触到的自然光和照明光等的力学效应都很小，无法引起人们可以直接感受到或观察到的宏观效应。
而科学家们利用激光所具有的高亮度和优良的方向性，使得光的力学效应在显微镜下显现了出来，在这里我们要介绍的光镊技术正是以这种光的力学效应为基础发展起来的。
1.2.1光压与单光束梯度力光阱光与物质相互作用的过程中既有能量的传递，也有动量的传递，动量的传递常常表现为压力，简称光压.1987年，麦克斯韦根据电磁波理论论证了光压的存在，并推导出了光压力的计算公式.1901年，俄国人П。
2020年中国科学技术大学附属中学高三生物下学期期中考试试卷及答案解析
2020年中国科学技术大学附属中学高三生物下学期期中考试试卷及答案解析一、选择题：本题共15小题，每小题2分，共30分。
每小题只有一个选项符合题目要求。
1. 下列关于制作真核细胞的三维结构模型的说法，正确的是（）A. 真核细胞的三维结构模型属于概念模型B. 真核细胞的三维结构模型属于数学模型C. 拍摄洋葱表皮细胞的显微照片就是建构了细胞的物理模型D. 以实物或图画形式建构真核细胞的三维结构模型属于物理模型2. 如图为反射弧的局部示意图。
刺激c点检测各位点的电位变化，检测不到电位变化的是（）A.aB.bC.dD.e3. 下图表示机体特异性免疫的部分过程。
下列有关叙述错误的是（）A. 吞噬细胞也参与图示免疫过程B. 过程Ⅰ属于体液免疫，过程Ⅰ属于细胞免疫C. 细胞a只能为B淋巴细胞，细胞b只能为细胞毒性T细胞D. 细胞c只能为浆细胞，细胞d只能为细胞毒性T细胞4. 高等动物体内细胞从外界获得营养物质的途径是( )A. 外界食物→循环系统→消化系统→内环境→细胞B. 外界食物→消化系统→循环系统→内环境→细胞C. 外界食物→内环境→消化系统→循环系统→细胞D. 外界食物→循环系统→内环境→消化系统→细胞5. 种子萌发的过程中，在赤霉素的诱导下，胚乳的糊粉层中会大量合成α—淀粉酶，此过程会受到脱落酸的抑制。
下列相关叙述错误的是A.赤霉素促进种子萌发，脱落酸抑制种子萌发B.赤霉素和脱落酸传递信息，但不直接参与细胞内的代谢活动C.在保存种子的过程中应尽量降低脱落酸含量D.植物的生长发育过程，从根本上说是基因组在一定时间和空间上程序性表达的结果6. 在适宜的温度等条件下，某同学利用下图装置、淀粉溶液、酵母菌等进行酒精发酵的研究，其中X溶液用于检测相关的发酵产物。
下列相关分析正确的是（）A.淀粉的水解产物在酵母菌的线粒体基质中氧化，产生丙酮酸与NADHB.呼吸作用产生的ATP和CO2，使装置内培养液的温度升高，体积增大C.在整个发酵过程中，始终关闭气阀或频繁打开气阀都会影响酒精的产生速率D.X溶液是溴麝香草酚蓝水溶液或酸性重铬酸钾溶液，可用于检测CO2或酒精产量7. 下列关于生物变异的说法，错误的是（）A. 四分体时期的交叉互换可实现一对同源染色体上非等位基因的重新组合B. 某生物染色体上某片段发生重复使基因表达水平升高，这属于有利变异C. 用秋水仙素处理二倍体的单倍体幼苗得到的一定是纯合子D. 基因突变一定会引起基因携带的遗传信息发生改变，但不一定会改变生物的性状8. 下图为一只果蝇两条染色体上部分基因分布示意图。
中国科大研制成功世界首台纳米三光镊装置
中国科大研制成功世界首台纳米三光镊装置
佚名
【期刊名称】《《中国科技奖励》》
【年(卷),期】2004(000)004
【摘要】操控一个只有万分之一头发丝大小的分子，并测量它的位移及相互间的作用力，这些听起来似乎是“不可能的任务”。
中国科学技术大学最近研制成功世界第一台具有三个独立光学微机械手的纳米光镊装置，可对生物大分子或其它生物微粒进行复杂的操作和精细的测量。
【总页数】2页(P56-57)
【正文语种】中文
【中图分类】N4
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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。
【学前教育】小动物活体单细胞光导
小动物活体单细胞光导嘿，小伙伴们，你们知道吗？在科技与自然界的交汇点，一项令人惊叹的突破正在悄然上演——小动物活体单细胞光导！ 这可不是一般的科学术语，它背后隐藏着的是对生命奥秘的深入探索和对未来医疗技术的无限可能！想象一下，科学家们竟然能够在活体小动物体内，对单个细胞进行精准的光导操控！ 这简直就像是在微观世界里玩起了“光与影”的魔术，让人不禁感叹：科技的力量真是太神奇了！那么，这个听起来高大上的“小动物活体单细胞光导”到底是什么呢？简单来说，它就是一种利用光学手段，在活体动物体内对特定细胞进行精准操控的技术。
通过这项技术，科学家们可以像指挥家一样，用光来“指挥”细胞的行为，观察它们在活体环境下的真实反应。
你可能会问，这项技术有什么用呢？哎呀，用处可大了去了！ 首先，它可以帮助我们更深入地了解细胞在生物体内的功能和相互作用，为疾病的研究和治疗提供新的思路。
其次，它还有望成为未来精准医疗的重要工具，通过直接操控细胞来治疗疾病，实现真正的“对症下药”。
不过，说到这里，你有没有想过一个问题：在活体动物体内进行单细胞光导，会不会对小动物造成伤害呢？ 这可是个值得深入探讨的话题。
毕竟，我们既要追求科技的进步，也要尊重和保护生命。
其实，科学家们在设计这项技术时，就已经充分考虑到了这一点。
他们采用了非侵入性的光学手段，尽可能减少对动物的伤害。
当然，这并不意味着我们可以随意对小动物进行实验。
任何科学研究都应该在伦理和法律的框架内进行，确保动物的权益得到保障。
那么，未来小动物活体单细胞光导技术会朝哪个方向发展呢？ 是会更深入地探索生命奥秘，还是会成为精准医疗的“神器”？这可真是个让人充满期待的问题！不过，无论这项技术未来会走向何方，我们都应该保持一颗敬畏之心，感谢科技为我们打开了一扇窥探生命奥秘的窗户。
同时，我们也要时刻提醒自己：在追求科技进步的同时，也要时刻关注伦理和道德的问题，确保科技的发展始终走在正确的道路上。
光镊&红外成像
1986年，美国科学家A.Ashkin等成功地利用一束 强会聚激光束实现了对生物微粒的三维捕获， 自此基于激光的光镊技术诞生了。
二十年来光镊技术发展迅速，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。
光镊从微观上判断分散体系的稳定性
（a）光镊捕获了两个粒子，粒子方向垂直于水平面；关掉光镊后,两粒子分开（b）和
两粒子结合（c）的情况。通过大量统计得到结合率。右图示，两个粒子在光阱中停留
的时间对结合率的影响。结合率/纵轴，时间的变化/横轴。
Commercial Optical trapping systems
光镊光致旋转技术可望用于制备光驱动 微机械马达。如用作生化分析LIC /LOC的 微搅拌器、微泵。
光扳手——光镊光致旋转_视频
光 陷 阱 效 应 和 阱 域
阱域R：粒子开始自动滑入至光镊中 心的受力范围。
圆圈：Woronin body (伏鲁宁体, 真菌) 十字：光镊陷阱的方向
光镊在生物大分子上的应用
光镊(Optical tweezers)
又称为单光束梯度力光阱(singlebeam optical gradient force trap)，是利 用光与物质间动量传递的力学效应而 形成的三维势阱来捕获和操纵微粒的 技术。
势阱
这种光形成的光学势阱就像是一把镊子，可以把微粒 牢牢“钳住”，因此被形象地称为“光镊”。
力以及单个驱动蛋白的速度与ATP浓度的函数关系。
光镊技术研究分散体系
分散体系：一种物质(称为分散相)的粒子分散到 另一种物质(称为分散介质)中所形成的体系。
利用飞秒激光光镊捕获生物细胞
利用飞秒激光光镊捕获生物细胞3王 锴3,邢岐荣,毛方林,郎利影,王 专,柴 路,王清月(天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072)摘要:采用自行搭建的飞秒激光光镊,实现了对人体血红细胞(RBC)的稳定捕获。
使用的光源为自行搭建的掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器,输出中心波长810nm、脉冲宽度40f s和重复频率为100M Hz的飞秒激光脉冲。
通过实验比较了飞秒激光光镊和连续(CW)激光光镊的捕获能力,依据实验数据,比较了两者的Q值。
实验结果显示,飞秒激光光镊对于捕获生物细胞同样有效,将光镊技术和飞秒激光特性相结合用于生物学研究领域会有很好的应用前景。
关键词:光镊;飞秒激光;Q值;血红细胞(RBC)中图分类号:TN249 文献标识码:A 文章编号:100520086(2005)1221480204Optical T rapping of Biological Using a Femtosecond Laser Tw eezersWAN G Kai3,XIN G Qi2rong,MAO Fang2lin,L AN G Li2ying,WAN G Zhuan,C HA I L u,WAN G Qing2yue(Ultrafast Laser Laboratory,College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering,Tianjin U2 niversity,Key Laboratory of Opto2electronics Information and Technical Science,EMC,Tianjin300072, China)Abstract:We have implemented a femto second la ser tweezers,and the stable optical trap2 ping of human red blood cells(RBC)was observed.A homemade Kerr2lens mode2locked (M L)Ti:sapphire la ser that delivers40fs pulse s at810nm with a100MHz rep etition rate was used as the light source.We mea sured the optical trapping capability and Q2values of the femto second laser tweezers in comp arison with CW laser tweezers.From the exp eri2 ments,we can see femto second laser tweezers are just as effective a s CW laser tweezers on optical trapping of biological cells.The technology of optical tweezers integrated with characteristics of femto second pulses ha s a good future.K ey w ords:optical tweezers;femtosecond laser;Q2value;red blood cells(RBC)1 引 言 自Ashkin等[1]发明光镊后,由于光镊可以非接触、无损伤地操纵生物细胞甚至单个分子,被广泛应用于生物学和物理学的基础研究[2～4]。
光镊ppt课件
组织的潜在影响，为光镊在生物医学领域的安全应用提供理论依据。
03
光镊操控算法与智能化
研究光镊操控的算法和智能化技术，实现光镊对多个粒子的协同操控，
提高光镊操控的效率和精度，为光镊技术在科学研究、工业生产和医学
诊断等领域的应用提供技术支持。
2023
REPORTING
THANKS
感谢观看
光镊技术的应用领域
要点一
总结词
光镊技术的应用领域包括生物医学、物理学、化学和纳米 科技等。
要点二
详细描述
光镊技术在生物医学领域中，可用于研究细胞和细胞器的 行为和功能，以及操控细胞和细胞器进行实验研究。在物 理学领域中，光镊技术可用于研究微观粒子的运动规律和 相互作用。在化学领域中，光镊技术可用于操控和反应机 制的研究。在纳米科技领域中，光镊技术可用于制造纳米 材料和纳米器件的研究和开发。
高精度定位
通过精确控制光的聚焦和强度分布，光镊可以实现微米甚 至纳米级别的精确操控，适用于各种高精度应用场景。
实时反馈控制
结合实时反馈系统，光镊技术可以实现动态和实时的粒子 操控，对于实时分析和应用具有重要意义。
光镊技术的限制
对光源要Байду номын сангаас高
对环境要求高
光镊技术需要高精度和稳定的光源，以确 保光束的质量和稳定性，增加了技术实现 的难度和成本。
2023
PART 02
光镊技术的基本构成
REPORTING
激光源
01
02
03
激光类型
高能激光束通常由固体激 光器或气体激光器产生， 如Nd:YAG或CO2激光器 。
波长选择
根据需要捕获的微粒大小 和材料特性，选择合适的 激光波长。
光的力学效应
光的力学效应及光阱PN力的测量摘要：利用光镊技术直观地演示了光的力学效应，介绍了光镊原理，装置和光阱力的测量方法。
一.科学背景与实验目的光具有能量和动量，光的动量是光的基本属性。
携带动量的光与物质相互作用，它们间会有动量的交换，从而表现为光对物体施加一力，作用在物体上的力就等于光引起的单位时间内物体动量的改变。
并由此可引起的物体的位移，速度状况的变化，我们称之为光的力学效应。
显然，研究光的力学效应对认识光的基本属性以及如何运用光的力学效应具有重要的学术意义。
但是，由于单个光子动量很小，普通光源的力学效应微乎其微，人们研究光的力学性质受到了很大限制。
历来的物理学教科书对光具有动量这一重要属性仅作简短的知识介绍，也一直没有一个合适的教学实验，来演示光具有动量这一基本属性，来展示光的力学效应和它的应用前景。
从对光的认识和物理教学体系来讲这无疑是一个非常大的缺憾。
60年代初激光的发明，使人类将光的利用推到一个崭新的阶段。
有了激光这种高亮度的新光源，光的力学效应开始显示其强大的生命力。
人们开始对光的辐射压力和光的力学效应进行全面和深入的研究。
70年代，朱棣文等人利用光压原理发展了用激光冷却和幽禁原子的方法，获得了1997年度诺贝尔物理学奖。
这一研究成果也为荣获2001年度诺贝尔物理学奖的玻色－爱因斯坦凝聚方面的工作提供了有效的实验手段。
与此同时，人们也在探索光对微小的宏观粒子的力学效应。
1986年，A.Ashkin等成功地利用一束强汇聚激光束实现了对生物微粒的三维捕获。
这一发明被形象地称为光阱或光镊。
成了这一尺度范围的粒子特有的操控和研究手段。
十多年来，光镊不但在生命科学领域，在其它涉及微小宏观粒子的研究领域都取得了重要应用。
光的力学效应的研究又有了新的突破。
激光力学应用非常之广，涉及到物理、化学、材料、机械、生物、医药等领域。
激光力学已成为多学科交叉的基础。
利用光的力学效应，开拓学科交叉，也是21世际跨学科研究的前沿领域。
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的红细胞。将光镊固定在血管中心，血管中快速
流动的细胞经过光阱时被逐渐减速，直到一个细
面对你充满语病的天真，我能说什么？我低头，任眼泪流
胞停留在光阱中，光镊将细胞捕获，并实现了三 维操控。同时，课题组在实验中利用光陷阱的作
用聚集红细胞，实现了人为制造血管堵塞，并针
对血管中已聚集的细胞团簇，拖拽其中一个细胞
生物物理研究。然而，光镊之前还没有被应用于
操控活体动物体内的细胞。李银妹和她课题组成
员将红外激光聚焦于小鼠耳朵真皮层下的血管， 然后通过改变激光强度实现血管堵塞，疏通血管。
他们通过该技术将各个红细胞从堵塞毛细血管
簇中移开，实现血管中血流的恢复。
面对你充满语病的天真，我能说什么？我低头，任眼泪流
的第一作者为中国科大钟敏成博士后和兼 职教授魏勋斌，因此体内
面对你充满语病的天真，我能说什么？我低头，任眼泪流
研究技术一直是活体研究热点之一。 李银妹课题组利用多年发展的光镊技术，首 次对活体动物内的细胞实现光学捕获。研究表明，
光镊可以直接深入到活体内，对细胞进行有效操
控。研究人员用光镊穿过小鼠耳朵真皮层，到达 深度约 50 微米毛细血管中，捕获和操控血管中
引导疏通，使聚集的细胞逐渐疏散开，恢复正常 血液流动，实施非接触手术式的血管疏通。研究
中还提出了活体内皮牛顿力定量测量的方法。
以往光镊技术在生物医学领域的应用仅限
面对你充满语病的天真，我能说什么？我低头，任眼泪流
于体外的单分子和细胞研究。李银妹课题组的这 项研究技术能直接深入到动物活体内对细胞进
近日，中国科学技术大学李银妹课题组与上 海交通大学魏勋斌教授合作，采用光镊技术成功
捕获活体动物内的细胞，发展了动物体内细胞三
维光学捕获技术。研究成果于 4 月 23 日在线发
表于 NatureCommunications。 在活的动物体内研究细胞生长、迁移、细胞 及蛋白质间相互作用等生物学过程，对生命科学、
"973"计划、国家自然科学基金委和教育部中央
高校基本科研业务费专项资金资助。
2fb0f5c7b photounies china
行实时观察，操控与测量，实施非接触式手术的
实验取证，从而开拓了光镊技术研究活体动物新
领域，为活体研究和临床诊断提供了一种全新的 技术手段。 NatureCommunications 网站以《医学研究：
用光清除血管被堵塞的血管》为题对该研究工作
面对你充满语病的天真，我能说什么？我低头，任眼泪流
进行报道。报道指出：光镊由激光聚焦形成，目 前已经被广泛应用于诸如培养环境中的单分子