新型光镊及光镊应用PPT课件
NanoTweezer新型激光光镊系统,NanoTweezer显微镜纳米操控转换装置
Opto Fluidics公司显微镜纳米操控转换装置NanoTweezer— NanoTweezer新型激光光镊系统单细胞、单分子牵引应变无标记纳米粒子尺寸和成像(Label Free Nanoparticle Sizing and Imaging)纳米功能化及镀层分析(Nanoparticle Functionalization and CoatingAnalysis)Nanophotonics Based Optical Tweezing - Smallest Particles Ever!系统亮点：NanoTweezer新型激光光镊系统的优势：该系统的光学谐振器（A＆B）可以增强由波导产生的光学梯度的强度。
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。
用波长为1064纳米的激光将凝聚物移动了近半米,而过去通常采用的磁学方法,只能将凝聚物移动很短的距离.图2是用光镊搬运聚苯乙烯小球组合成的863图样1)简洁、操纵捕获能力强：该系统配备强大的光学捕获系统，可以在5分钟内将显微镜变成纳米操纵工具，进行不同细胞、病毒、核酸、金属纳米粒子、碳纳米管、蛋白的捕获。
2)优于传统光镊系统：该系统采用以芯片为基础的光子共振捕获技术，可以实现多种应用，如操作远远小于传统的光学镊子的样品，并保持粒子结构不被破坏;实行新类型的试验和分析;避免表面化学;创造新的纳米结构;保留了生物分子方面的基础上，改变了背景的解决方案;捕获单一的细菌，并观察它的分裂等。
新型光镊及光镊应用24页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利量自己知道。——苏联
新型光镊及光镊应用
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
-7.光镊原理与应用
提纲
1.光辐射压力 2.光镊原理 3.多种形式的光镊系统 4.光镊的应用
多种形式的光镊系统
传统光镊 多光镊系统 光纤光镊 近场光镊
3.多种形式的光镊系统
1.传统光镊
3.多种形式的光镊系统
Camera Filter Dichroic mirror Beam block Microscope
3.多种形式的光镊系统
Arthur Ashkin
A. Ashkin, J.M. Dziedzic, J.E. Bjorkholm and S. Chu. 1986. "Observation of a Single-Beam Gradient Force Optical Trap for Dielectric Particles." Opt. Lett. 11 (5) 288-290.
Fx =
1 ⎡ 1 ∫ ⎢− 2 μμ 0 H y 2S⎣
(
2
+ ε 0ε 1 E z
2
− ε 0ε 1 E x
2
)dz + ε ε Re(E E )dx⎤⎥⎦
0 1 x * z
2.光镊原理
2.3光阱力与光操纵束缚条件
光镊要在三维方向上稳定俘获住粒子首要的基本条件 就是光强的分布需要有大的光强梯度。高度聚焦的激 光束形成的激光微束就具有大的强度梯度，这样才能 产生足够的梯度力来捕获住微粒。 粒子的折射率 n2大于周围介质的折射率 n1的，这是 激光微束捕获粒子的基本条件之一 在满足上述的基本条件后，微粒能否被稳定地捕获住 还涉及物理与生物粒子方面的性质。如激光微束的光 波长、功率、束腰半径、生物微粒的大小、 球半径, 极化状态光汇聚角、吸收系数和粒子与周围介质的相 对折射率，以及球心与光轴的距离和球心与束腰的距 离等等。
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
集成光镊的原理及应用
集成光镊的原理及应用1. 简介集成光镊是一种利用光学原理实现精确操控微小物体的技术。
它集成了光学器件和微操控系统，能够对微尺度物体进行非接触式、高精度的操控。
本文将介绍集成光镊的工作原理以及在不同领域的应用。
2. 工作原理集成光镊的工作原理基于光学力的作用。
当定向的光束照射到微尺度物体上时，光的动量和光束的光场分布会对物体施加力，从而实现对物体的操控。
2.1 光学力与物体操控在光学力作用下，物体会受到光束的压力。
这种压力可以使物体向光束的中心移动，或者沿着光束的方向旋转。
对于微小物体而言，光学力的作用非常显著，可以实现微米或纳米级别的精确操控。
2.2 光学器件集成光镊采用了多种光学器件来实现对光束的控制和调节。
常见的光学器件包括：•透镜：用于调节光束的聚焦程度和光斑的大小。
•光栅：用于调节光束的相位和方向。
•偏振器：用于调节光束的偏振状态。
通过合理组合和控制这些光学器件，可以实现对光束的精确控制，从而实现对微小物体的操控。
2.3 微操控系统除了光学器件，集成光镊还包括了微操控系统，用于控制光学器件和物体的相对运动。
微操控系统可以控制光学器件的位置、角度和光强等参数，从而实现对光束的精确调节。
通过微操控系统，可以实现对微小物体的平移、旋转、捕获等操作。
3. 应用领域集成光镊在多个领域具有广泛的应用。
下面将介绍几个重要的应用领域。
3.1 生物医学在生物医学领域，集成光镊被用于细胞操作、光学显微成像和微流体控制等方面。
通过集成光镊，可以精确操控细胞的位置和形态，用于研究细胞的功能和相互作用。
此外，集成光镊还可以实现对微流体的控制，如调节液体的流速和混合效果。
3.2 纳米制造在纳米制造领域，集成光镊被用于纳米材料的操控和组装。
通过集成光镊，可以实现对纳米颗粒的精确操控，如将纳米颗粒放置到指定的位置，实现纳米材料的组装和排列。
3.3 光子学在光子学领域，集成光镊被用于光学元件的定位和对齐。
通过集成光镊，可以实现对光纤、光栅等光学元件的精确操控，提高光学器件的性能和稳定性。
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。
光镊的原理和应用
光镊的原理和应用1. 引言光镊是一种利用光的特性实现微小物体操控的技术。
它在生物医学、纳米材料学和微机电系统等领域有着广泛的应用。
本文将介绍光镊的原理和应用，并说明其在不同领域中的重要性。
2. 光镊的原理光镊的原理基于光与物质的相互作用以及光场的调控。
通过合理设计光场分布，可以产生光势阱或光力场，从而实现对微小物体的操控。
2.1 光强梯度力当物体遇到光强梯度时，会受到光强梯度力的作用。
此力使物体沿着光束方向移动，类似于光的推动力。
通过调整光场的分布，可以形成光强梯度力，从而实现对微小物体的移动。
2.2 光兽手术光兽手术是利用光镊进行微创手术的一种技术。
通过调控光场，可以使光束在物体中产生高能量焦点，实现对微生物的精确灭活或组织切割。
此技术在眼科手术、癌症治疗等领域有着重要的应用。
3. 光镊的应用光镊在多个领域中有着广泛的应用。
下面将介绍光镊在生物医学、纳米材料学和微机电系统等领域的具体应用场景。
3.1 生物医学领域•单细胞操作：通过光镊可以对单个细胞进行操控，实现细胞的分离、聚合和操作。
这在细胞实验、组织工程和基因研究中具有重要意义。
•药物递送：光镊可以用于精确控制药物的递送。
通过光场调控，可以实现药物的定点释放，提高治疗效果并减少副作用。
•组织修复：光镊在组织修复和再生领域有着重要的应用。
通过光镊可以激活和引导干细胞的分化，促进组织的修复和再生。
3.2 纳米材料学领域•纳米粒子操控：光镊可以用于操控纳米粒子的位置和运动。
通过调控光场，可以实现对纳米粒子的定点聚集和操纵，有助于纳米材料的组装和制备。
•纳米光刻：光镊在纳米制造中的应用也非常重要。
通过调控光场，可以实现纳米尺度的加工和剖析，为纳米器件的制造提供了有效的手段。
3.3 微机电系统领域•微机械操控：光镊可以用于微机械系统中的微小物体操控。
通过调控光场，可以实现对微小机械结构的精确操控和定位，有助于微型传感器和微机械器件的研究和应用。
•光学传感：利用光镊可以实现高灵敏度和高分辨率的微小物体测量。
光镊技术
2008-4-2
单光光镊束技术梯王度也力王学光瑛阱鲁的华菲几郭何佳光学原理图
10 2008-4-2
基 光阱主要是依靠光梯度力形成的， 本 其合力指向光束焦点。 原 当焦点附近 理 梯度力大于
散射力时, 则可以形成 三维光学势 阱而稳定地 捕获微粒。
2008-4-2
光镊技术 王也 王学瑛 鲁华菲 郭佳
2008-4-2
光镊技术 王也 王学瑛 鲁华菲 郭佳
43
功能二：研究细胞的应变能力 非侵入操作
寄生虫
红细胞
抗原抗体
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光镊技术 王也 王学瑛 鲁华菲 郭佳
44
抗原抗体——结合强度
聚苯乙烯 小球 ——抗体
脂酶体 ——抗原
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光镊技术 王也 王学瑛 鲁华菲 郭佳
45
抗原抗体——结合强度
7 2008-4-2
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”。
•电子的势能图类似一 个波的形状
•当电子处于波谷的时 候就好像处在一口井里， 比较稳定
2008-4-2
光镊技术 王也 王学瑛 鲁华菲 郭佳
8 2008-4-2
基 光与物体间的相互作用力 本 • 散射力(Scattering Force) 原 正比于辐射强度，方向指向光束传播方向 理 • 梯度力(Gradient Force)
控
制
电子驱动
环
计算机控制
节
QD CCD camera
D
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光镊技术 王也 王学瑛 鲁华菲 郭佳
17
四
四相限光电探测器
位
移
光的力学效应-光镊原理及应用--《大学物理》系列讲座PPT74页
39、没有不老的誓，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
光的力学效应-光镊原理及应用--《大 学物理》系列讲座
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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。
光学工程光镊技术PPT课件
主要内容
• 引言 • 研究进展 • 光镊基本原理 • 光镊实验装置 • 应用成果与展望
12
第12页/共80页
T 3W / 8kr
• r：小球半径，K：水中传导率，W：小球获得的功率。经计算，上述同样的功率 （微瓦）下，小球的温升只有1℃，可以承受。
• 还应当注意，光摄利用的是光线在小球上的折射效应，而不是吸收效应。这在下面的 受力分析中进一步明确。而这里要说明的是光子确实可以对小球形成压力。
第30页/共80页
31
实际上，图4A中，光照在粒子上还有不少散射，散射光的合成 动量向上，则粒子受到向下的力，散射力将粒子向光传播方向 推。但散射力小于折射光线产生的力。对图4B也可作类似分析。 总之，粒子所受的轴向梯度力在Z轴方向上可能是拉力，也可 能是推力。使粒子处于平衡位置。当然粒子如果不处在平面的 平衡位置，还可能被拉（推）向平面的光轴位置。
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。
5
第5页/共80页
引言
同时，“光镊”实际上是以宏观机械镊子 对光的势阱效应的一种形象和通俗的描绘。 对“光镊”的物理性质，人们采用“光学势 垒”“光捕获阱”“光梯度力阱”或“光字 势阱”等物理术语予以描述。
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。
新型光镊及光镊应用..PPT文档24页
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
新型光镊及光镊应用..
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
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2
光镊的基本原理和新型光镊
光镊的应用
光镊的基本原理 新型光镊光场
全息光镊
光镊与细胞生物学
光镊与单分子生物学
光镊与软物质胶体科学
光镊与物理学
2021
3
光镊的基本原理
光与物质相互作用伴随着动量的交 换, 从而表现为光对物体力的作用力 （F=P/t ）。由于光辐射对物体产生的 力常常表现为压力，因而通常称之为辐 射压力或简称光压。然而，在特定的光 场分布下，光对物体也可产生一拉力， 即形成束缚粒子的光势阱。
14
操控动物活体内红细胞
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
该实验将光镊深入到小白鼠耳朵的毛细血管内操控单个或多个红细胞， 利用光阱力聚集多个红细胞堵塞血管，或者用光镊牵引红细胞疏通被阻塞的 毛细血管, 开拓了光镊技术研究活体动物新领域。通过这种非接触式的微创 手术进行的实验取证，为活体研究和临20床21 诊断提供了一种全新的技术。 15
光镊操控细胞和细胞器的手段是多种多样的，包括悬浮、 移动、分选、融合等，还可以定量的测量细胞的力学性质以及 细胞间的相互作用。随着光镊技术的成熟以及与更多的技术结 合，如微分干涉和荧光技术，脉冲激光技术、激光拉曼技术、 全息技术、共聚焦技术、磁镊技术等，使得在实时测量细胞的 变化，细胞的相互作用，细胞的力学性质等方面的研究更加深 入的展开。
2021
Байду номын сангаас
13
分选单条染色体
光镊分选单条染色体。(a) 游离的水稻中期分裂相细胞; (b) 紫外脉冲光对细胞穿孔
使之破裂，释放出染色体; (c) 荧光激发下观测染色体，用光镊夹持其中单条染色体;
(d)~(f) 光镊夹持单条染色体使其从细胞残骸(染色体群体)中分离出来;
(g)~(h) 利用微吸管将光镊分离的染色体富2集021
2021
9
新型光镊光场
不均匀的偏振光场，如 径向偏振光束和方位角偏 振光束，具有优越的会聚 特性，使得矢量光束在操 控纳米粒子，特别是金属 纳米粒子方面具有明显的 优势。
2021
10
全息光镊
全息光镊作为一种产生
多光阱或新型光学势阱的方
法脱颖而出。它不仅能构成
各种功能的光阱，并且还能
实现三维光辨阵列，并且带
光镊可以用来捕获和旋转金属粒
子。
二是可以对多粒予进行实时
动态的捕获和操控不仅可以实现
十字、矩形、圆形等特殊形状的
光阱，还可以控制粒子在其中沿
特定的路径运动，原则上可以实
现对粒子在任意形状的光阱中的
操控。
2021
12
光镊与细胞生物学
光镊发明初期，Ashkin等[首次用这个新的工具尝试操 纵 细胞和病毒等各种生物样品，并且成功地演绎了光镊捕捉、 拖动、损伤细胞和深入到细胞内部操控细胞的功能。Ashkin 预言“将细胞器从它们正常位置移去的能力，打开了精细研究 细胞功能的大门”。Liang等联合光镊和光刀对细胞和细胞器 进行手术，感慨细胞工具箱里又多了一把镊子，用起来更方便 了。
离捕获多微粒，如图所示。 抛物线光束、艾里光束等。
2021
8
新型光镊光场
抛物线光束和艾里光束也 是一种自加速光束。自加速 光束在沿轴向传播过程中以 某个角度弯曲而不沿直线传 播，看起来像是在自由空间 中加速。这种光束在光操控 中可以用于沿着设定的轨迹 输运微粒，如图所示。自加 速光束还有韦伯光束(Weber beam)和螺旋光束(spiral beams)等
2021
11
全息光镊
全息的技术一是可以方便地产
生各种具有轨道角动量或特定衍 射特性的新型光镊光场，包括拉 盖尔-高斯光、高阶贝塞尔光、厄
从上至下分别为：傅里叶平面光场的振幅分布、 物镜焦平面光场分布和被捕获的粒子在光阱中 运动的示意图
米特-高斯光束，利用全息技术产
生的新型光阱，如涡旋光阱，在
界面所形成的倏逝波形成的近场
衍射光束，相比于高斯型光
束，贝塞尔光束可传播较远
距离而保持中心光斑的大小
和尺寸基本不变。由于贝塞
尔光束在传播过程中具有很
好的稳定性，故被用于引导
微粒沿轴向输运距离可达3
mm，这个间距远远大于高斯
型光束的光镊的轴向捕获深
度。并且，在轴向3 mm 距
离中可以实现多个平面长距 非衍射光束还包括马提厄光束、
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新型光镊光场
起初，光镊的光场基本是低阶的高斯光束，然而这种光 场的捕获范围和纵向深度都十分有限，而且光镊如果要想 获得更加广泛的应用，就必须结合各种新型光场来实现各 种特殊、复杂的操纵功能。
当下备受关注的新型光场主要有：涡旋光束、非衍射和 自修复光束、自加速光束以及矢量光束。
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新型光镊光场
动了一系列的研究和发展。
科学家Grier预引，全息光
镊将零发光学操纵的一场技
形成拉盖尔-高斯光束的叉型光栅。对应的 拓扑指数为l=4
所形成的光场性质的不同， 全息光镊会实现不同的功能，如 单粒子的旋转、多粒子的操控和 分选等。
术革命。 全息光镊的主要原理是
利用全息元件(目前主要是 计算机寻址的液晶空间光调 制器)产生具有特定功能的 光场而形成的光镊。
对于直径大于波长的米氏 散射粒子，可采用几何光学的 方法来解释光势阱的形成，如 图。
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光镊的基本原理
对于直径小于波长的瑞利 散射粒子对于直径小于激光 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于强 度梯度的梯度力。梯度力与 散射力的比值大于1，这样 合力就指向焦点处，能够实 现对微粒的捕捉
涡旋光束与相位奇点相 关，本身携带轨道角动量， 在与物质相互作用过程中 可以将角动量传递给微粒， 从而导致微粒在光场中做 旋转运动。常见的涡旋光 束有拉盖尔高斯光束 (Laguerre-Gaussian beam) 和高阶贝塞尔光束(Bessel beam)。
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新型光镊光场
贝塞尔光束同时也属于非
光镊原理及其应用
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自1986年单光束光镊概念被提出以来，至今光 镊已经发展30多年，光镊的可操控尺寸从最初的微 米级发展到现在的纳米级，操控方法从最初的单光 束光镊到双光束光镊，再到全息光镊以及新型光束 捕获，极大地促进了定量生物学的发展，光镊技术 已经成为众多学科科学家所渴望的工具。
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