首页 >
激光捕捉
✍ dations ◷ 2025-06-27 22:30:09 #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
- 生物燃料生物燃料(英语:Biofuel)、生质燃料或生态燃料,泛指由生物质组成或萃取而成的固体、液体或气体。生物质可以用三种不同的转化方法转化为易于利用、含有能量的物质,包含:热转化,化学
- 血球凝集素血球凝集素(hemagglutinin)(C53H67N9O17) (TYR-PRO-TYR-ASP-VAL-PRO-ASP-TYR-ALA),是指可使红血球凝集的抗体或其他物质。在流感病毒、痳疹病毒(以及许多其他细菌和病毒)表面等均
- 2013年中国中东部严重雾霾事件2013年12月中国中东部严重雾霾事件,是指起始于2013年12月2日至12月14日的重度雾霾事件,是中华人民共和国2013年入冬后最大范围的雾霾污染,几乎涉及中东部所有地区。天津、河北
- 黄沙黄沙(即黄尘、亚洲粉尘、黄河风或中国沙尘暴)是一种季节性的气象现象,它会于东亚冬春交际时零星地出现。沙尘起源于蒙古沙漠、中国北部和哈萨克斯坦,而表面高速的风及激烈的尘暴
- 物理化学家物理化学(英语:Physical Chemistry),是一门从物理学角度分析物质体系化学行为的原理、规律和方法的学科,可谓近代化学的原理根基。物理化学家关注于分子如何形成结构、动态变化、
- 脂肪肉瘤脂肪肉瘤(英语:Liposarcoma),是一种由脂肪细胞在深层软组织(如腹膜后或大腿内侧)异常增生导致的癌症。 脂肪肉瘤是一种罕见的恶性肿瘤,显微观察显示其与普通脂肪细胞类似。脂肪肉瘤
- 色氨酸色氨酸(英语:Tryptophan, 缩写Trp或W)是22个标准氨基酸之一,人体不能合成的必需氨基酸,因此它须从食物中汲取。它的标准遗传密码的密码子编码为UGG,只有L-立体异构体色氨酸有构造
- 临床药学临床药学(英语:Clinical Pharmacy)是药学的一个分支。临床药学是以病人为对象研究药物及其剂型与病体相互作用和应用规律的综合性学科,旨在用客观科学指标来研究具体病人的合理
- 国家研究通用反应堆国家研究通用反应堆 (英语:National Research Universal, NRU)是在加拿大粉笔河实验室的实验用核子反应堆。于1957年开始运转,并于2018年3月31日结束运转。国家研究通用反应堆可
- 联结主义联结主义是认知科学领域的一种方法,期望能够以人工神经网络 (ANN)来解释心灵现象。联结主义的中心原则是使用,简单且经常一致的单元互联网络,来描述心理现象。不同模型的联结及单