首页 >
激光捕捉
✍ dations ◷ 2025-07-24 19:44:50 #激光捕捉
光镊、光学镊子或光钳(英文:optical tweezers)是一种通过高度聚焦激光束产生力(量级通常为皮牛顿级)移动微小透明物体的装置。其中把持物体的区域也称为光阱 (optical trap),相应的技术称作光学捕捉 (optical trapping)。这种技术可以用于移动细胞或病毒颗粒,把细胞捏成各种形状,或者冷却原子。由于光镊的力可以精准地直接作用于细胞甚至更小的目标,因此在生物学方面的应用变得越来越广泛。光镊可以通过高度聚焦激光束产生的力来操作纳米或微米级的介电质颗粒。高度聚焦激光束通常是通过使激光通过显微镜物镜得到的。聚焦后的激光光束最窄的部分(光束腰)会存在非常强的电场梯度。介电质颗粒会被吸引至电场梯度最高的区域,也就是光束的中心。同时,电场还会在光束传播方向上对颗粒产生力。这点可以通过动量守恒来理解。光束中的介电质颗粒会吸收并散射光子,于是就会产生相应的动量的变化。如果颗粒不在光束腰上,由于光场光强梯度(即不同区域的光强差异)的影响,颗粒各个方向上会受到不均匀的力将其拉向光强最强的区域,如右图所示。
光镊是非常精确的设备,可以将亚微米级的颗粒移动亚纳米级的距离。 所以,光镊常常被用于研究和操作DNA,蛋白质,酶甚至是单个分子。在定量科学测量中,通常电介质颗粒都会不移动到离光束中心很远的地方。当颗粒与光束中心的距离很小时,颗粒受到的力与颗粒与光束中心的距离成正比。因此,其特性类似于普通的弹簧系统,遵守虎克定律.关于光镊原理的解释跟被作用颗粒的大小与使用激光波长的关系有关。当颗粒的大小比激光波长大很多时,射线光学原理就可以解释光镊的原理。如果激光波长比颗粒尺寸大得多时,颗粒就可以被当做是在光场中的电偶极子。当被作用物体的尺寸与激光波长在同一数量级时,可以利用麦斯威尔方程组来解释其原理。当被作用的目标尺寸比激光波长明显大很多时,光学捕捉现象可以使用射线光学来解释。如图所示,激光中发出的光线进入和离开颗粒时会发生折射。因此,光线离开颗粒时,其位置与其进入颗粒时会发生改变。由于光子本身带有动量,这种方向的变化说明有动量的转移。根据牛顿第三运动定律,就会有一个大小相等,方向相反的动量作用于该颗粒。通常人们利用高斯光束来进行光学捕捉。在这种情况下,如果颗粒偏离光束中心,如图右半部,由于光强较强的部分会比光强较弱的部分产生更大的动量转移而产生更大的力,因此颗粒最后受到的合力是指向光束中心的。如果颗粒在光束的轴线上,进入颗粒的光线会均匀地向周围散射,造成颗粒在横面上受到的合力为零。在这种情况下,颗粒受到的合力是沿着光线传播方向的。轴向上,颗粒表面散射的产生的推力会与由于光场强度梯度产生的梯度力抵消,造成颗粒稳定于轴线上束腰稍后一点的位置。
相关
- 医师人体解剖学 - 人体生理学 组织学 - 胚胎学 人体寄生虫学 - 免疫学 病理学 - 病理生理学 细胞学 - 营养学 流行病学 - 药理学 - 毒理学医生又称医师,在中国古代称大夫或郎中
- 放线菌纲放线菌(Actinobacteria)是一类革兰氏阳性细菌,可栖息于水中或陆地上,虽然一开始被认定为土壤菌,但淡水中的种类可能比陆地上的更丰富,它们具有分支的纤维和孢子,依靠孢子繁殖,表面上
- 结晶结晶,是指从饱和溶液中凝结,或从气体凝华出具有一定的几何形状的固体(晶体)的过程。在自然环境下,气温的下降压力的作用,都会造成结晶。结晶的过程一般可分为两个阶段(包括成核和晶
- 利什曼病利什曼病(英语:Leishmaniasis)是一种由寄生原生动物利什曼原虫造成的疾病,是由特定种类的白蛉叮咬所散播。这种疾病主要分为三种:皮肤、黏膜及内脏的利什曼疾病。皮肤利什曼病会
- 氟喹诺酮喹诺酮(英语:quinolone)是一类人工合成的含4-喹诺酮基本结构,对细菌DNA螺旋酶具有选择性抑制的抗菌剂。1962年最早的喹诺酮类药物萘啶酸首先用于临床,由于其抗菌谱窄、口服吸收差
- 巴比伦囚徒巴比伦囚虏或巴比伦之囚是指古犹太人被掳往巴比伦的历史事件。公元前597年和前586年,犹大王国两度被新巴比伦王国国王尼布甲尼撒二世征服,大批犹太富人、工匠、祭司、王室成员
- 中中世纪中期(又称中世纪盛期,英语:High Middle Ages)是指欧洲历史的一段时期,是中世纪发展最高峰期,一般认为包括11世纪、12世纪和13世纪,承接中世纪前期和后期。约1000年左右,西欧国
- 甲状软骨甲状软骨(thyroid cartilage、盾状软骨)是组成喉部骨骼的九块软骨(透明软骨:甲状软骨1块、环状软骨1块、杓状软骨2块;弹性软骨:会厌软骨1块、小角软骨2块、楔形软骨2块)中最大的,其
- 人体试验人体试验(英语:Human subject research),专指在人体上进行医学实验。这种实验是医学研究的重要部分,一般由志愿者自愿参加临床试验,但仍有大量试验是非自愿的秘密实验。一般认为纽
- 北京协和医学院北京协和医学院(英语:Peking Union Medical College,缩写为PUMC)位于中国北京,1917年由美国洛克菲勒基金会捐资,以约翰霍普金斯大学医学院为蓝本建立,是中国第一所开设八年制临床医