激光光镊技术及其应用
光镊技术在生物医学中的应用
光镊技术在生物医学中的应用生物医学是一个极其复杂的领域，涉及到许多微观细节和生物过程。
光镊技术是一种重要的研究工具，可以帮助生物学家更好地理解生命的奥秘和开发新的治疗方法。
在这篇文章中，我们将讨论光镊技术在生物医学中的应用，包括单细胞操作、蛋白质相互作用的研究和疾病诊断方法的改进。
光镊技术可以被用于对单细胞进行操作。
在过去，科学家们仅仅可以通过观察整个组织的反应来了解其内在细节。
现在，在光镊技术的帮助下，科学家们可以通过操纵单个细胞来探究其内在运作机制。
这项技术的原理是将激光束聚焦到微小点上，由此产生一个光纤光子的光场。
光镊光源的光功率足以破坏生物分子以达到所需的目的。
同时光镊光的强度足以产生分子的光热效应，从而使分子可以被直接操作。
光镊光可以控制细胞的运动，修剪细胞的形态，或者直接操纵分子组合。
这项技术的实现需要对光学、光器件等多个领域的研发，其中光学设备的稳定与一致性是该技术最主要的挑战。
光镊技术还可以被用于研究蛋白质相互作用。
蛋白质是生命体的重要构成部分，它们对生物体内的各种化学反应起着关键作用。
光镊技术可以将单个蛋白质放置在另一个蛋白质上，并通过光钳的力和位移来操纵它们的关系和作用。
如一个光镊光束的施加可以拉扯两个分子，从而使分子互相顶打会引起一些化学反应，可以通过这种方式来了解分子间的互作用机制。
这种技术对于人类的疾病诊断和治疗方案的设计非常有益。
光镊技术也被用于改进疾病诊断。
传统的疾病诊断方法需要取样及化验，周期长、有侵入性等问题限制其普适性。
而光镊技术通过光激发来激发被检测样品试剂或材料在发光或者荧光，从而可以检测样品内部的生物化学变化。
这项技术可用于实时监测某些疾病，以及诊断人体内部有哪些环境偏差或各类故障。
光镊技术可以通过发射激光束直接照射肿瘤细胞，并通过荧光技术实时检测缺损的部位，从而辅助医生对肿瘤的监测和诊断。
同时，该技术还可以用于病毒检测、药物筛选和生物高分辨成像等方面。
光镊技术在生命科学研究中的应用
光镊技术在生命科学研究中的应用
光镊技术是一种重要的生命科学研究手段，它利用激光束产生的光学势能对生物大分子进行操纵和测量。
光镊技术具有无创、高精度、高效率、高灵敏度等优点，广泛应用于生命科学领域的基础研究、药物研发、生物医学工程等方面。
在基础研究中，光镊技术常常用于研究蛋白质、核酸、细胞等生物分子的结构、功能、相互作用等方面。
通过光镊技术，可以精确地控制生物分子的位置、方向、力度等参数，实现对其单个分子的操作和测量。
例如，利用单分子光镊技术，可以研究蛋白质在生物体内的定位、构象变化和功能调控等问题，进而揭示生物分子的分子机制和生理功能。
在药物研发方面，光镊技术可以用于筛选和优化药物分子的作用机制和效果。
例如，利用蛋白质光镊技术，可以对药物分子与靶蛋白之间的结合作用进行精确测量，从而评估药物的亲和力、特异性和效能等性质。
这对于药物研发的精准化和高效化具有重要的推动作用。
在生物医学工程方面，光镊技术可以用于开发生物成像、细胞操作和组织修复等新技术。
例如，利用光镊技术，可以对细胞和组织进行非侵入式的操作和标记，实现对其内部结构和功能的研究和调控。
这对于生物医学领域的疾病诊断、治疗和康复等方面具有重要的应用价值。
总之，光镊技术在生命科学研究中具有广泛的应用前景和潜力，将为人类健康和生命科学的发展做出重要贡献。
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。
光镊技术在单细胞分离中的应用
光镊技术在单细胞分离中的应用随着生物技术的飞速发展，单细胞分离成为了分子分析和功能研究的基础。
而光镊技术则成为了实现单细胞分离的重要手段之一。
光镊技术，即利用激光束产生的电磁场对物质进行捕捉或操纵。
本文将探讨光镊技术在单细胞分离中的应用。
一、光镊技术的基本原理光镊技术基于物质与电磁场的相互作用。
激光束在空间中产生电磁场，将物质吸引或排斥，实现对物质的精确捕捉和操纵。
光镊技术中常用的激光是Nd:YAG激光，其波长为1064纳米，能够穿透许多生物材料。
通过控制激光束的强度、位置和形状，可以实现对细胞和分子的高效、精确操控。
二、光镊技术在单细胞分离中的应用1. 单细胞分离单细胞分离是生物医学研究中最基础的研究方法之一。
其重要性在于研究某些细胞群落中的单个细胞，从而识别细胞类型、分离纯化、测量基因表达和蛋白质活性等。
传统的单细胞分离技术主要有化学和力学方法，但这些方法存在不可避免的细胞损伤和操作难度大的问题。
因此，基于光镊技术的单细胞分离方法成为了研究人员的选择。
通过调整激光束的功率、位置和形状，可以实现对单个细胞的高效、精确的抓取和定位，实现单细胞分离。
2. 单细胞修饰在一些研究中，需要对单个细胞进行特定基因的修饰，以研究其对特定疾病或生理现象的影响。
基于光镊技术的单细胞修饰方法，可以实现对单细胞特定基因的定向修饰。
在激光束作用下，通过光致基因转染和CRISPR/Cas9系统的组合，可以将外源基因和定向核酸酶引入单细胞，完成定向修饰。
3. 单细胞检测在分子分析研究中，对单个细胞分子表达水平的检测非常重要。
基于光镊技术的单细胞检测方法，可以实现对单个细胞的高灵敏度检测。
通过激光束的捕捉和操纵，将单个细胞置于检测区域内，再通过基于PCR或质谱分析等检测方法进行分析，实现对单个细胞分子表达水平的检测。
三、光镊技术在单细胞分离中存在的争议虽然光镊技术在单细胞分离中具有许多优势，但也存在一些争议。
首先，其成本较高，需要高端激光器和高精度的显微镜系统。
有关于光镊原理的生活应用
有关于光镊原理的生活应用光镊是一种利用光的作用力来夹取微小物体的设备，可以应用于许多生活场景中。
以下是一些光镊原理的生活应用。
一、显微镜操作在显微镜操作中，光镊可以用来夹取和移动物体，如植物细胞、昆虫样本等。
通过调整光镊的位置和角度，人们可以更方便地观察和分析样本。
二、电子产品维修在电子产品维修中，光镊可以用来夹取和放置元件，如电子元器件、电路板上的小零件等。
光镊的精确夹取功能可以帮助技术人员更好地进行微小物体的操作，提高维修效率和准确性。
三、珠宝制作珠宝制作中，使用光镊来夹取和操控小小的宝石、珠子、金属配件等。
光镊的精确度和操作性可确保珠宝匠更加轻松地创建复杂的设计，同时减少损坏和误操作的风险。
四、纤维检测和修复在光纤通信领域，光镊被广泛应用于纤维的检测和修复。
通过使用光镊夹取纤维，技术人员可以更容易地检查纤维光纤的质量，找到问题并进行修复。
五、生物医学研究在生物医学研究中，光镊可以用于夹取和处理细胞、组织、小分子等微小物体。
例如，科学家可以使用光镊来夹取并操作细胞进行药物注射、病毒注入等实验，以研究其功能和反应。
六、微电子制造在微电子制造过程中，光镊可以帮助工程师精确地夹取和放置微小的电子元件，如芯片和电线。
光镊的高精度操作能力可以大大提高制造效率，减少损坏和浪费。
七、实验室操作在科学研究实验室中，光镊常被用来夹取和移动微小器具、实验物品、化学试剂等。
它的操作精准度使实验人员可以更精确地操作和控制实验过程。
八、医疗手术在一些微创手术中，光镊可用于夹取和操控微小器械、缝合线等。
它的精确操作性可使医生更容易进行手术、操控和缝合，减少创伤和愈合时间。
九、精密装配在精密装配行业中，光镊广泛应用于夹取和组装微小部件、螺丝、线缆等。
光镊的高精度操作功能可以帮助工人更好地操作和装配，提高产品质量。
总之，光镊原理的生活应用非常广泛。
从科学研究到医疗手术，从珠宝制作到电子产品维修，光镊的高精度操作能力让人们更方便地夹取和操控微小物体，提高了效率和准确性。
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
激光镊子及其相关应用
激光镊子及其相关应用02010411冼心本什么是激光镊子？光镊技术的发展。
激光镊子的相关应用。
我对激光镊子应用的新设想。
什么是激光镊子？•激光镊子又称为单光束梯度力光阱( single -beamopticalgradient force trap) ,简单地说,就是用一束高度汇聚的激光形成的三维势阱来俘获、操纵控制微小粒子。
（不是实体，是技术）激光镊子的特点：•1、光镊的捕获和操控范围是数十nm到数十微米大小的微粒。
•2、由于光镊是用“无形”的光来实现对微粒非机械接触的捕获，捕获力是施加在整个微粒上，而不是像机械捕获那样集中在很小的面积上，因而不会对捕获的生物微粒产生机械损伤。
•3、选择粒子吸收小的光波长（600～1000nm）即可避免光吸收对生物粒子造成损伤。
•4、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（1000倍），是“遥控”操作，因而几乎不干扰生物粒子周围环境和它的正常生命活动。
•5、利用光的穿透性，可以无损伤地穿过封闭系统的透明表层（如细胞膜）操控内部颗粒（细胞器），也可以穿过封闭的样品池的透明外壁，操控池内微粒，实现真正的无菌操作。
•6、光镊对微粒的操控不是刚性的，可以在操作过程中实时测量微粒间的微小相互作用力。
激光镊子的发展•1910年，俄罗斯的物理学家彼得·列别杰夫（ПетрЛебедев）发现了光波的压力从而开创了使用精密的激光微控制器，即激光镊子之路。
•1970年，美国电报电话公司贝尔实验室的阿什金采用一束高斯激光，成功地在垂直于光的传播方向上束缚了悬浮在水中的聚苯乙烯微粒，这一实验将辐射压的应用从原子量级扩展到了微米范围，奠定了光镊的研究基础。
•1986年，阿什金把单束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱，证明光学势阱可以无损伤地操纵活体物质。
•2008年，德国公司开始批量生产相位调控器-以液晶矩阵为基础的锥透镜，这使得动态地改变光学图形空间成为可能，即可以合成复杂的微结构。
光镊技术在单细胞操作与分析中的应用
光镊技术在单细胞操作与分析中的应用近年来，随着单细胞研究的发展和进展，光镊技术作为一种强大的工具，被广泛应用于单细胞的操作与分析中。
光镊技术通过利用激光束对细胞进行非接触性操作，可以精确地捕捉、移动和操纵单个细胞，为研究者提供了一种独特的实验手段。
本文将重点介绍光镊技术在单细胞操作与分析中的应用领域，并对其在细胞生物学、医学和生物制造等方面的进展进行阐述。
在细胞生物学领域，光镊技术被广泛用于单个细胞研究、细胞分裂和细胞移动等方面。
通过操纵和定位单个细胞，研究人员可以研究细胞的结构和功能以及各种生理过程。
例如，在细胞生物学中，人们可以利用光镊技术精确地操纵细胞器（如线粒体、高尔基体等）的位置，以研究其对细胞功能的影响。
此外，光镊技术还可以用于探索细胞与其周围环境之间的相互作用，例如细胞和细胞之间的黏附力和力的测量。
这些研究为我们深入了解细胞行为以及细胞间相互作用的机理提供了重要的手段。
在医学方面，光镊技术在单细胞操作与分析中的应用也日益受到关注。
通过光镊技术可以对单个细胞中的生物分子进行操纵和检测，从而有助于早期疾病的诊断和治疗。
例如，科学家们可以利用光镊技术将荧光探针引入单个细胞，以检测病原体感染或异常细胞的存在。
此外，光镊技术还可以用于单细胞的基因编辑，如CRISPR-Cas9技术的应用。
通过操纵单个细胞的基因组，研究人员可以研究基因功能以及基因与疾病之间的关系。
这些应用为个性化医学和精准治疗提供了重要的工具和理论基础。
除了在细胞生物学和医学领域的应用之外，光镊技术在生物制造中也有着重要的应用价值。
生物制造是一种利用生物技术来生产新材料、药物和能源的方法。
通过光镊技术，研究人员可以在单细胞水平上操作微生物，如细菌和酵母等，以改变其代谢产物的合成和分泌。
这种精细的细胞操作可以提高生物制造的效率和产品质量，并为生物医药、能源和环境领域的应用提供技术支持。
例如，在生物制药领域，光镊技术可以用于单细胞的药物筛选和高通量菌株的优化，从而加速新药的发现和开发过程。
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。
激光光镊的应用
激光光镊的应用光镊捕获的粒子在几十纳米到几十微米，在这个尺度上，它提供了一种对宏观现象的微观机理的研究手段，特别是为研究对象从生物细胞到大分子的纳米生物学，提供了活体研究条件，比如激光光镊易于操纵细胞，可有效分离各种细胞器，并在基本不影响环境的情况下对捕获物进行无损活体操作。
通过捕获和分离细胞，可了解细胞的诸多特性，如细胞间的粘附力、细胞膜弹性、细胞的应变能力及细胞的生理过程等，从而研究细胞的真实生理过程。
捕获和牵引微粒——捕获微粒是光镊最基本的功能，光镊在理论上可稳定捕获直径为几十纳米的粒子，而且目前微米量级的商品光镊装置已经问世。
但纳米量级光镊装置比较复杂，涉及多路耦合、纳米精度操作及高分辩率图像处理等高新技术，目前还处于实验阶段。
微粒一旦被光镊捕获，光束移动，微粒就会跟着移动。
当光束移动速度在微粒的力学响应范围之内时，微粒也会随光束移动，移动速度一般在每秒数十微米以下。
利用光镊技术研究玻色-爱因斯坦凝聚物，可将其输运至较以往更远的距离。
最近因玻色-爱因斯坦凝聚物的研究成果而荣获诺贝尔物理学奖的沃尔夫冈·克特勒教授及其在麻省理工学院的同事，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。
研究细胞的应变能力——细胞内部的应变能力在通常情况下很难用显微镜观察。
而光镊可对活体细胞进行非侵入微观操纵，能够诱导细胞产生应变。
例如光镊发出的近红外连续激光可诱导线虫发生应变，而且在不同激励条件下，线虫的应变各不相同。
科学家研究了红细胞的运动，发现红细胞的自转及其转速与光镊激光源的能量呈线性递增关系，而含原虫的血样却未发现细胞的旋转或转速有所降低，有人在室温下磷酸盐缓冲液中红细胞的离解过程之后，阐述了非常态条件下细胞的离解机理。
测量红细胞膜的弹性——红细胞膜弹性是血液的生理功能指标，在测量红细胞膜弹性的技术中，双光镊法是最为直接、准确的方法。
我国科技工作者利用方法设备相对简单、易于实现的单光镊法测量了正常红细胞和经不同浓度氧化苯砷处理的红细胞的膜弹性。
基于光镊技术的细胞操作及其应用
基于光镊技术的细胞操作及其应用光镊技术是一种利用激光束束焦点对物体进行操作的技术，它可以在亚微米尺度上操作物体，因此在生命科学领域得到了广泛的应用。
其中，基于光镊技术的细胞操作是一种非常重要的应用，可以帮助科学家们更深入地研究生命体系的各个方面。
一、光镊技术的基本原理光镊技术的基本原理是利用激光束的聚焦效应，将激光束在一个非常小的区域内集中，形成光学镊。
通过控制激光束的强度和位置，可以在这个区域内对物体进行吸附、推动、切割、粘连等各种操作。
二、基于光镊技术的细胞操作在生命科学领域，细胞是一个非常重要的研究对象。
而基于光镊技术的细胞操作可以为研究者们提供一个非常好的手段，使他们能够对细胞内部结构和活动进行更加精细的控制和观察。
1. 细胞位置精确定位利用光镊技术，可以对细胞进行非常精确的定位和移动。
科学家们可以利用激光束将细胞吸附到设置的位置上，或者将细胞推动到指定的位置，进而研究细胞的形态变化和结构。
2. 细胞内部结构操作利用光镊技术，可以对细胞内部的结构进行操作。
例如，可以将某些细胞器或分子从细胞内部移动到指定的位置上，或者将某些细胞器或分子从细胞内部移除，进而了解其在细胞活动中的作用。
3. 细胞活动控制通过光镊技术，可以对细胞的活动进行控制。
例如可以利用激光束激励细胞内部某些分子的活动，或者抑制某些分子的活动，从而研究细胞活动中的机制和过程。
三、基于光镊技术的细胞操作的应用基于光镊技术的细胞操作已经被应用在许多领域，包括细胞生物学、生物医学、生物化学等。
其主要应用包括：1. 细胞研究基于光镊技术的细胞操作可以帮助科学家们更深入地研究细胞的结构和功能，如细胞内部运作机制，细胞间相互作用机制等。
2. 细胞治疗通过使用光镊技术，可以对细胞进行某种形式的治疗。
例如，利用激光束对细胞进行定位或移动，可以帮助细胞在某些治疗中达到最佳状态。
3. 内窥镜手术利用内窥镜手术可以帮助医生们更加精准地进行手术操作，减小手术创伤。
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。
光镊技术在单细胞操作中的应用
光镊技术在单细胞操作中的应用单细胞操作是生物学研究领域中一个重要的技术手段，它可以对单个细胞进行分选、操纵和检测。
对于生物学研究和生物医学应用来说，单细胞操作技术的高效性和精准性意义重大。
然而，单细胞操作技术本身的局限性也限制了其应用和发展。
其中，单细胞操作技术中一个重要的问题就是如何对细胞进行非创伤性的操纵。
在此背景下，光镊技术应运而生，通过光学手段，对细胞进行非创伤性操作，成为单细胞操作技术中的重要手段之一。
一、光镊技术的原理光镊技术是利用激光光束的相干性，在细胞内部或者周围产生局部电场，从而对细胞进行非接触式的操纵和操作。
具体而言，光镊技术通过将激光光束聚焦到一个点上形成光斑，利用光场对细胞产生作用力，从而实现对细胞的调控。
而这种作用力的大小和方向可以通过调整激光光束的功率和入射方向实现，因此具有高度的可控性和可重复性。
为了更好地使用光镊技术操纵单个细胞，这种激光光束通常被集成到显微镜系统中进行操作。
这样可以观察细胞的形态和行为，并准确地控制激光的入射方向和功率。
通过光学置换器、滤镜、聚焦透镜等设备的组合使用，可以实现精细的光镊操作。
二、光镊技术在单细胞操作中的应用1. 单细胞分选单细胞分选是生物学研究中一个基本的技术手段，可以将一种细胞类型从混合群体中单独提取出来，用于进一步的研究。
光镊技术的可控性和非创伤性使其成为单细胞分选的理想选择。
通过调整激光光束的功率和入射方向，可以实现对单个细胞的捕获和释放。
并且，由于光镊技术对细胞本身的影响很小，所以被捕获的单细胞能够复原和存活，可以用于多种细胞学和分子生物学研究。
2. 单细胞修饰单细胞修饰是指通过调控单个细胞内部的生物活性物质，如DNA，RNA，蛋白质等分子进行精细的调控和操作。
这是目前生物学研究趋势之一，可以为精准医疗等领域提供前沿技术支持。
而光镊技术的非接触式和可控性，使其可以实现对单个细胞内部生物活性物质的操纵。
例如，光镊技术可以用于激活或者静默单细胞内部的至关重要的基因和通路，从而揭示其在生命科学和基础医学中的功能和机制。
基于光镊技术的生物分子操作及分析研究
基于光镊技术的生物分子操作及分析研究光镊技术是一种应用光学技术进行微量生物分子操作和分析的新技术，取得了不错的研究成果。
该技术在生物领域中的应用越来越广泛，已经成为分子生物学和细胞生物学研究中不可或缺的技术手段。
一、光镊技术的基本原理光镊技术是一种基于激光光束产生光场的技术。
它利用高功率聚焦光束把单个微小分子或一群分子集中到一个小的空间位置，实现对其进行操控和分析。
光镊技术在生物分子操作和分析中的应用主要包括以下几个方面：1.单细胞操作：通过光镊技术可以有效地捕捉、分离和操作单个或几个细胞及其细胞器，从而实现对生物细胞的精细操作。
应用光镊技术，可以有效地研究细胞生理、代谢和基因表达等生物过程。
2.分子操控：通过光镊技术，可以精确地控制和操作单个分子或少量分子。
比如，可以通过光镊技术分辨单个DNA 分子的乘积、拷贝数、末端结构等许多信息。
3.分子分析：光镊技术还可以对生物分子实现高分辨、高灵敏的可视化分析。
应用光学显微技术，对细胞和组织进行定量的三维成像，同时可以实时监测分子运动和反应的动态过程。
此外，还可以通过分子激发、荧光共振、表面增强拉曼散射等技术手段对单个分子进行分析。
二、光镊技术的应用随着生物学研究的不断深入，光镊技术逐渐成为生物领域中不可或缺的技术手段。
具体应用包括：1.单细胞操作：利用光镊技术，可以捕捉、分离并操作单个或几个细胞及其细胞器。
这种操作可以精细地调控细胞生长、分化和转化等生物过程，为生物学研究提供了强有力的工具。
2.DNA操作：应用光镊技术可以对单个 DNA 分子进行操作，可以实现 DNA 复制、酶的作用机理等许多生物学研究的关键问题。
此外，还可以通过操控分子的空间位置，实现分子之间的特定相互作用，从而实现分子间的定量测量。
3.药物筛选：应用光镊技术，可以高效地筛选药物的作用机理和作用效果。
利用光镊技术，可以将目标分子和潜在药物操控在非常小的空间范围内进行反应，对药物的活性和效果进行快速评估。
光镊技术在现代生命科学中的应用
光镊技术在现代生命科学中的应用生命科学是一个涉及到生命各个层面的领域，其中光学技术的应用越来越广泛。
光镊技术在现代生命科学中的应用正日益受到重视，因为它能够获得具有高时空分辨率的生物分子信息，促进对生命过程的理解。
本文将探讨光镊技术的发展历程，以及在细胞生物学、神经科学、药物研发等方面的应用。
一、光镊技术的发展历程光镊技术，即利用激光光束对生物分子进行精致操纵的技术，其原理是通过选择性吸收或反射激光束，使生物分子在光场中发生光作用，从而产生各种生物效应。
早在20世纪70年代初，科学家就开始利用光学焦散调制器对细胞进行光捕获和运动控制。
1994年，Nobel生理学或医学奖获得者斯特拉夫等人在使用激光束对生物分子进行操作时提出了“光镊”这个词汇，使得光学技术在生物学领域中迅速获得了广泛的应用。
随着科学技术的不断发展，现代光镊技术已经具备了更高的分辨率、更强大的输出功率，并能够在不同的细胞和组织中进行操作。
比如，光学捕获、热释放光镊和瞬时光学显微术等技术的出现，使得科学家们能够更加精细地控制和操纵生物分子，并对其进行更为细致周密的观测和研究。
二、光镊技术在细胞生物学中的应用1、光学控制细胞的生长和形态光学镊技术是一种新兴的控制细胞形态和生长的技术，可通过电子靶控制细胞中的蛋白质在光照下的表达和分布，从而实时控制细胞的形态和生长。
例如，利用可扭曲菲涅耳透镜阵列可通过光学追踪细胞的生长，实现“花样生长”“驱逐多神经自主系统”，甚至是“颜色编码的模式形态”。
2、光学捕获生物分子传统的细胞生物学技术中，常常需要进行分离、纯化和复性，这会对生物大分子造成一定的不良影响。
而光学捕获技术，则通过利用光学控制对分子进行非侵入性操纵，使其保持原本活性，同时使生物学研究进程更加节省时间成本。
比如，研究人员报道了一种基于光学捕获的微亚偏聚治疗法，该法通过调节细胞自噬能力，有效促进了维持细胞生长和存活的时间和规律。
三、光镊技术在神经科学中的应用1、光学控制神经元活动神经元作为神经系统的基本功能单位，控制大脑和身体的各种动作和反应。
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。
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。
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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。
生物微粒对红外光的穿透性等特点,也使光镊技术特别适于操控活体生物微粒,如细胞、细胞器(细胞内的线粒体、叶绿体、核糖体等微粒)以及生物大分子。
同时,它对细胞或细胞器等生物微粒的生命活动干扰极小,整个操作体系涉及的细胞生存环境几乎等同于“天然”环境,细胞生命活动的变化得以完整保留,并以“实时动态”成像方式展现给研究者,这是其他方法所不具备的。
二、激光光镊的原理光具有能量和动量,携带动量的光与物质相互作用时会有动量的传递,从而表现为光对物体施加一个力,并由此引起物体位移和速度改变,这叫做光的力学效应。
如图1所示,一束激光经透镜聚焦后,射入透明介质球,经介质球两次折射后,光子动量发生变化,这种变化表现为对小球的反作用力,该力的大小正比于光的强度梯度,合力方向指向光束焦点,这种由于光场强度分布不均匀而产生的力,称为梯度力,图1中的光场梯度力指向焦点位置。
光束通过粒子时由于折射而引起动量交换,从而对被作用粒子施加一个指向光束焦点的合力,使粒子总是趋于光束焦点,因而可稳定捕获微粒,进而操控微粒。
图1 激光光镊的原理 由此可见,光镊是一束强会聚激光形成的特殊光场,如果以该光场最强处为中心划定一个方圆微米的禁区,物体一旦涉足这个禁区就会自动移向光束中心,这种不由自主的运动犹如物体从空中坠向地面,表现出一种向心“引力”效应。
光镊其实就是具有引力的光学势阱,这个光学势阱如同传统的机・74・19卷2期(总110期)械镊子,能夹持和操纵微小物体,所以称为光学镊子或简称光镊。
三、激光光镊的应用光镊捕获的粒子在几十纳米到几十微米,在这个尺度上,它提供了一种对宏观现象的微观机理的研究手段,特别是为研究对象从生物细胞到大分子的纳米生物学,提供了活体研究条件,比如激光光镊易于操纵细胞,可有效分离各种细胞器,并在基本不影响环境的情况下对捕获物进行无损活体操作。
通过捕获和分离细胞,可了解细胞的诸多特性,如细胞间的粘附力、细胞膜弹性、细胞的应变能力及细胞的生理过程等,从而研究细胞的真实生理过程。
捕获和牵引微粒 捕获微粒是光镊最基本的功能,光镊在理论上可稳定捕获直径为几十纳米的粒子,而且目前微米量级的商品光镊装置已经问世。
但纳米量级光镊装置比较复杂,涉及多路耦合、纳米精度操作及高分辨率图像处理等高新技术,目前还处于实验阶段。
微粒一旦被光镊捕获,光束移动,微粒就会跟着移动。
当光束移动速度在微粒的力学响应范围之内时,微粒也会随光束移动,移动速度一般在每秒数十微米以下。
利用光镊技术研究玻色-爱因斯坦凝聚物3,可将其输运至较以往更远的距离。
最近因玻色-爱因斯坦凝聚物的研究成果而荣获诺贝尔物理学奖的沃尔夫冈・克特勒教授及其在麻省理工学院的同事,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。
图2 光镊操作2微米聚苯乙烯小球的组合研究细胞的应变能力 细胞内部的应变能力在通常情况下很难用显微镜观察。
而光镊可对活体细胞进行非侵入微观操纵,能够诱导细胞产生应变。
例如光镊发出的近红外连续激光可诱导线虫发生应变,而且在不同激励条件下,线虫的应变各不相同。
科学家研究了红细胞的运动,发现红细胞的自转及其转速与光镊激光源的能量呈线性递增关系,而含原虫的血样却未发现细胞的旋转或转速有所降低,有人在研究了室温下磷酸盐缓冲液中红细胞的离解过程之后,阐述了非常态条件下细胞的离解机理。
测量红细胞膜的弹性 红细胞膜弹性是血液的生理功能指标,在测量红细胞膜弹性的技术中,双光镊法是最为直接、准确的方法。
我国科研工作者利用方法设备相对简单、易于实现的单光镊法测量了正常红细胞和经不同浓度氧化苯砷处理的红细胞的膜弹性。
结果显示,浓度与膜弹性间有明显线性关系,这与双光镊法的测量结果一致,从而证实了这种新方法的可行性和灵敏性。
斯奥博达等科研人员将小球附着于血红细胞膜上一点,将这一点从样品池表面拉起,并用中性清洁剂灌注样品池,在溶解该点的脂质膜后,活跃的血红蛋白细胞骨架露了出来,斯奥博达等就在没有复杂表面反应的情况下研究其特性。
还有人把小球附着于细胞表面后,用光镊向外拉小球,使细胞膜突出细的尖足,这种方法可用于研究细胞骨架元的重构,为艰难的细胞骨架研究打开了一道希望之门。
促进细胞融合 把光镊同激光微束(光刀)耦联起来,可实现激光诱导细胞融合。
有人用此法研究了精子的游动,并对细胞有丝分裂中后期的染色体进行切割,深入研究了染色体的运动、分布和细胞内应力的作用及某些微重力效应,实现了染色体的精细切割、高效收集和植物原生质的融合。
利用光镊捕获特定精子后,通过光穿孔送到卵周隙协助授精,结果证明紫外激光微束和光镊捕获结合可成功进行显微授精,为解决这一医学难题带来了曙光。
当前最先进的转基因技术就是利用光镊和光刀将DNA 导入细胞而实现基因转移,这种方法可节约大量资源、缩短转基因时间、提高成功率。
对生物分子进行精细操作 由于光镊径向尺寸很小,产生的势阱深度与分子布朗运动的能量相近,所以难以直接捕获长链大分子。
日本学者使用双光镊法成功实现了基因分子的扭转、打结(如图3);我国科研工作者则用光镊解开了DNA的分子缠绕,深入研究了生物大分子的折叠构像,此法有望解开遗传物质同细胞骨架的缠绕。
这些都为细胞内蛋白纤维相互作用等分子力学的研究开辟了新途径。
在光镊诞生后的短短十几年里,这种基于激光技术的高科技以其对微观粒子独特的操控性能而受到普遍关注,该技术本身也得到了快速(下转35页)・84・现代物理知识论或全息原理等的模型。
目前天文观测显示宇宙学常数作为暗能量与实验数据基本一致,但动力学暗能量模型没有被观测排除,而且数据略微支持精灵暗能量模型。
暗能量的本质决定宇宙的命运。
如果加速膨胀是由真空能(即宇宙学常数)引起的,那么宇宙将永远延续这种加速膨胀的状态。
宇宙中的物质和能量将变得越来越稀薄,星系之间互相远离的速度将变得非常快,新的结构不可能再形成。
如果导致当今宇宙加速膨胀的暗能量是动力学的,那么宇宙的未来将由暗能量场的动力学决定,有可能会永远加速膨胀下去,也有可能重新进入减速膨胀的状态,甚至可能收缩。
然而目前已知的理论都不能圆满解释暗能量,而且存在灾难性的宇宙学常数问题。
解决这一问题需要新的理论,这样的理论一旦被找到,很可能是人们长期追求的包括引力在内的各种相互作用统一的量子理论。
这将是一场重大的物理学革命。
我国探测暗物质和暗能量的可能性在暗物质和暗能量的理论研究方面,我国科学家近年来取得了一定成果。
在实验探测方面,羊八井地面观测站和LAMOST 天文望远镜具有探测暗物质和研究暗能量的一定潜力。
目前人们主要通过两种方案来探测暗物质粒子:“直接探测”实验,探测的是地球周围暗物质与探测器物质发生碰撞所产生的信号;“间接探测”实验,探测暗物质粒子湮灭的产物,如高能伽马射线、中微子、反质子和正电子等。
羊八井地面观测站位于西藏羊八井海拔4300米处,兼有地热资源和交通便利等有利条件,已成功开展了15年的宇宙线观测。
随着羊八井实验的升级和灵敏度的提高,其宇宙线观测能用来寻找暗物质粒子湮灭所产生的信号,从而间接探测暗物质。
大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LA 2MOST )是一架横卧于南北方向的中星仪式反射施密特望远镜。
应用主动光学技术控制反射施密特改正板,使它成为大口径兼大视场光学望远镜的世界之最。
LAMOST 具有4米口径和5度视场。
焦面上放置多达4000根光纤,将遥远天体的光分别传输到16台光谱仪中,同时获得它们的光谱,成为世界上光谱获取率最高的望远镜。
大量天体光学光谱的获得为解决天体物理和宇宙学诸多前沿问题提供了关键信息。
LAMOST 将对上千万个星系、活动星系核以及恒星进行光谱巡天观测,它将为研究宇宙中的暗物质、暗能量、大尺度结构、星系的形成和演化、银河系的形成、结构和演化等当代天文学和物理学的重大科学问题做出独特贡献,使我国在大视场、大样本天文学研究上居于国际领先地位。
近年来,随着一些新技术的出现和天文学的发展,国际上正在酝酿建设新一代射电望远镜。
作为国际平方千米阵列(Square K ilometer Array ,SKA )的一种概念设计,我国天文学家对利用贵州的喀斯特地貌建设大型固定式球面天线进行了长期研究,目前已解决了许多工程技术方面的关键性问题,并提出建造500米大口径天线(FAST )的计划。
一旦建成,将大大提高对弱源的观测灵敏度,可用于研究星系的大尺度分布,这将提供物质分布和暗能量演化信息,寻找黑暗星系,同时也可研究类星体(大质量黑洞)的演化、脉冲星的性质等。
(中国科学院高能物理研究所 100049)此文转载于2006年第6期《自然杂志》。