光镊技术在单细胞和单分子特性检测中的研究进展

光镊是一种高分辨率的光学操控技术,自诞生以来就广泛应用于生物研究领域,对单细胞和单分子的相关研究起了关键作用.随着近些年对光镊技术的不断改进,一些新方法已经用于单细胞和单分子的研究.综述了近些年光镊在单细胞操控、细胞间相互作用、红细胞力学特性研究领域的最新进展和光镊技术在单分子特性检测中的最新应用成果,以及光镊拉曼技术和光镊结合微流控技术的最新应用实例.最后,分析了光镊目前的发展现状并对光镊技术未来的发展提出了展望分析.     

光镊技术在生命科学研究中的应用

激光光镊自从1986年发明以来,作为一种无直接接触、无损伤、可产牛和检测微小力以及精确测量微小位移的物理学工具,在生命科学领域得到了广泛的应用.阐释了光镊的基本原理及其在生命科学研究应用中所涉及的关键技术细节,总结了近年来光镊技术的新进展.     

激光光镊效应

简要慨括了激光光压力的理论,着重介绍了应用光压力进行粒子捕获,尤其是进行生物活体分析的问题——激光光镊。     

激光双光镊在单分子生物物理中的研究进展

光镊采用聚焦的激光束束缚微米、纳米级的粒子，具有亚皮牛级的力分辨率和亚毫秒级的时间响应，在单分子生物物理中具有广泛的应用。通过化学耦链将生物大分子连接到高分子微球上，光镊可以测量大分子的伸长以及受力，进而研究DNA-蛋白质相互作用、蛋白质折叠及分子马达机械化学性质等动态过程。简要介绍光镊的基本原理和常见的单分子光镊几何构型，并以双光镊为例，介绍如何设计和搭建光镊设备、所涉及的技术原理、稳定性与降噪处理方法以及分辨率测试方法。以国家蛋白质科学研究（上海）设施的双光镊实验装置为例，论述双光镊在单分子生物物理中的应用及进展。最后，对单分子光镊技术的发展前景作出展望。     

全息光镊在生物学研究中的应用

作为一种非侵入式的高精度微操控和力传感工具,光镊已被广泛应用于生命科学领域的研究。全息光镊利用空间光调制器调控光场,可以灵活地产生任意排布的光阱阵列,具有比传统单光镊更高的灵活性,目前已在生物医学领域展现出巨大的应用价值。本文综述了全息光镊的基本原理、全息图算法,以及全息光镊在生物学领域的研究进展,希望可以为全息光镊在生物学中的应用研究提供一定的参考。     

多模光镊的实验研究

简述了激光光镊的原理，研究了单模、多模光镊的特点，给出了一个用多模激光作为光源的光镊的设计思想和实际装置，并用此光镊对生物细胞进行了捕获实验。该装置价廉、衫，很容易在一般实验室实现。     

激光光镊中有关参数对球形微粒所受光压的影响

本文通过引入介质小球吸收激光能量占入射能量的百分比ＡＢ这一参数；以及以ＴＥＭ００模激光束传播特性的透彻分析，进一步完善了激光光镊中光压力的理论计算公式。并且计逄和分析了激光波长λ、小球折射率ｎ和小球吸收参数ＡＢ等各种参数对于球形微粒在激光光镊中所受激光光压力的影响。     

飞秒激光光镊轴向力的计算与分析

光镊已成为捕获和操纵微米尺度粒子和生物细胞的有效手段，而目前常用的光镊光源为连续激光或长脉宽的脉冲光。提出飞秒激光光镊的概念．将飞秒激光序列脉冲视为对连续光的周期抽样，借助于连续光光镊的分析方法，建立了飞秒激光光镊对电介质微粒产生的轴向光学力的理论模型。给出影响捕获微粒的主要因素，指出存在最佳束腰半径和被捕获粒子半径。数值计算结果表明选取合适的飞秒激光脉冲能量、束腰半径、脉冲波长以及微粒与周围媒质的相对折射率．微米尺寸的微粒完全能被飞秒激光稳定捕获。综合考虑被捕获微粒所受的脉冲式光学梯度力、重力和布朗惯性力的作用，讨论了飞秒激光光镊轴向光学梯度力的脉冲式特点及实现稳定捕获的条件。     

激光光镊对生物体的光操纵研究

根据光镊捕获电介微粒的理论研究结果 ,简析了光对生物体的力学作用 ,给出了用不同参量的激光陷阱操纵不同种类的微生物的实验结果 .分析比较表明 ,生物体的预培养是实现光操纵的重要环节 .     

单模光纤微探头式光镊技术

通过对平端面和基于半球形自透镜端面的单模光纤微型探头光镊技术的研究．表明单模光纤微型探头式光镊系统结构简单、捕陷范围大、操纵灵活,可以适应更多的生物细胞和生物分子的光微操作需求．扩大了激光微操纵技术在生命科学中的应用范围。     

强激光对光学薄膜的损伤机理

以光学薄膜在强激光照射下损伤机理的研究为目的，从实验和理论结构探讨了影响损伤阈值的因素及薄膜的损伤机理，从而提出了如何选择高阈值的薄膜的建议。     

外部弱光反馈对半导体激光器IM谐波失真的抑制

本文研究了已调外腔半导体激光器(LD)谐波产生的原因,指出了在适当的条件下,外部光反馈可以改善LD的谐波失真。     

DNA analysis by single molecule stretching in nanofluidic biochips

Stretching single DNA molecules by confinement in nanofluidic channels has attracted a great interest during the last few years as a DNA analysis tool. We have designed and fabricated a sealed micro/nanofluidic device for DNA stretching applications, based on the use of the high throughput NanoImprint Lithography (NIL) technology combined with a conventional anodic bonding of the silicon base and Pyrex cover. Using this chip, we have performed single molecule imaging on a bench-top fluorescent microscope system. Lambda phage DNA was used as a model sample to characterize the chip. Single molecules of λ-DNA stained with the fluorescent dye YOYO-1 were stretched in the nanochannel array and the experimental results were analysed to determine the extension factor of the DNA in the chip and the geometrical average of the nanochannel inner diameter. The determination of the extension ratio of the chip provides a method to determining DNA size. The results of this work prove that the developed fabrication process is a good alternative for the fabrication of single molecule DNA biochips and it allows developing a variety of innovative bio/chemical sensors based on single-molecule DNA sequencing devices.     

In vivo electrochemical impedance measurement on single cell membrane

The electrochemical characteristics of the plasma membranes of single cells and organelles were investigated. Silicon fabrication technology was used to produce a metal ultra-microelectrode (UME). Furthermore, the UME was characterized in a cell medium using electrochemical impedance spectroscopy (EIS). A single rat fibroblast cell, or chloroplast purified from Peperomia metallica leaves, was immobilized by a micropipette after which the UME was inserted into its cytosolic space through cell membrane using a piezo actuator. An in vivo EIS measurement between the UME and the counter electrode outside of a single cell was taken. The measurements were analyzed using equivalent circuits in order to estimate the membrane impedance of a single cell.     

大气光学特性对激光工程影响的概率分析

大气光学特性具有复杂的空间和时间变化特性，它对激光工程的影响不能简单地评价。要透彻地了解激光工程系统在使用地区受大气影响的全貌，必须全面地分析各种可能的大气状态下激光传输的效果，使用概率进行评价。以合肥骆岗机场近地面0.946 μm的激光水平传输2 km为例，在全年大气条件下从大气分子吸收、大气气溶胶粒子消光和大气湍流效应各方面详细分析了传输效果，得到了传输效果的概率分布特征，说明了大气对激光工程影响的复杂性，为相关应用分析提供了示范。     

半导体激光自混合干涉的弱光反馈模型

文章针对弱光反馈情形，对基于光反馈效应的激光自混合干涉模型进行了探讨。采用双空模型，从增益阈值和振荡效率方面给出了理论模型。该模型很了地解释了激光自混合干涉现象。最后分析了一实用光纤自一干涉系统的数学模型。     

激波对前置激光引信光程影响分析

前置激光引信发射系统的脉冲红外激光先到达目标,而后回波的激光脉冲信号又到达光敏管激光探测接收器表面,在超音速条件下要依次穿过附面层-剪切层-激波-大气层-激波-剪切层-附面层,最后聚焦在光敏面上。由于激波对前置激光引信在激光光路中的影响,从而使在静态下采用的一些距离判定方法与实际飞行过程中的应用有较大的偏差。提出了超音速条件下激波对前置式激光引信光程影响的模型,并以某弹型进行光程差分析,使用Matlab计算出不同的弹速下光程的差值,为超音速下激光引信或激光武器的探测提供了一种可行的误差分析方法。     

激光半主动半实物仿真导引头光学系统的设计

半实物仿真导引头光学系统性能的好坏是影响仿真实验效果的关键。介绍了激光半主动导引头及其光学系统的结构、特点。详细分析了光学系统的能量接收灵敏阈值、瞬时视场、动态视场等参数。根据光学系统设计的一般原则和半实物仿真导引头对光学系统的特殊要求,基于实际导引头光学系统的技术参数要求,利用ZEMAX优化设计出了具有较高成像质量的激光半主动寻的制导的半实物仿真导引头的光学系统。实验结果表明,该系统满足各项参量要求,具有较高成像质量,为相关光学系统的分析和设计提供了参考依据。     

光镊在生物细胞及生物大分子中的应用研究

利用光镊技术研究生物微粒是目前生物领域的一个研究热点,介绍了光镊基本装置及在生物大分子中力的一般标定法,同时系统地归纳了光镊技术在生物细胞和生物大分子上的理论和实验研究成果.主要有细胞的操控、细胞的应变能力和细胞膜弹性方面的实验研究成果;对于生物大分子中的DNA,RNA等方面的实验研究;最后介绍了光镊结合其他技术在生物...