用于光镊分选基于电力聚焦的微通道单细胞流北大核心

以电渗透流原理为理论基础,建立二维十字通道几何模型,推导出电力聚焦流理论模型。在3个入口流速一定的前提下,中心聚焦流的宽度与入口处的电压比呈一定关系,成功地预测了聚焦流的宽度。随后以COMSOL Multiphysics 5.3为仿真软件,设置层流、电流和粒子追踪3个物理场,进行了单细胞流仿真。以此为基础,加工出以聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料为主体的芯片,并搭载电力聚焦实验平台,进行了验证。仿真和实验数据都验证了在3个入口流速一定的前提下,通过调节电压比可以有效控制中心聚焦流宽度及细胞运动速度,形成基本均匀一致的细胞流,为后续细胞光镊分选奠定了理论和实验基础。     

按大小分选球形微粒的光镊

英国的研究人员使用光镊分选4种不同尺寸的微粒。这一突破可能改进对血液中细胞或者颜料中粒子的分选。     

全息光镊-光镊家族中极具活力的成员

光镊技术在分子生物学、胶体科学、实验原子物理等领域中具有极其重要的作用,光镊本身也不断发展并产生许多衍生光镊技术.利用全息元件或空间光调制器(SUM)所形成的全息光镊,在多粒子操控方面的优势,为光镊技术走向实用化、规模工业生产打开了新局面.是目前光镊家族极具活力的成员.简述了全息光镊的原理及典型实验光路.详细介绍了该技术在众多领域的最新应用进展以及潜在的应用.     

光镊对血红细胞横向光阱力的研究

在强聚焦激光光场中,以射线光学(ray-optics)计算模型为基础,对几何尺寸远大于光波长的米氏球状粒子所受激光微束横向(沿y轴方向)光阱力进行了计算。并且在给定参数条件下,进行了数值仿真,根据仿真结果,讨论了光束束腰半径、激光波长与光阱品质特性的关系。并对血红细胞进行了实验研究,得出了横向光阱力与微粒中心偏离光轴距离的关系曲线,实验结果和理论相一致。     

光镊中轴向光阱力的研究

基于几何光学原理,对微粒直径远大于激光波长的米氏球状微粒所受的轴向力进行了计算,根据计算结果讨论了轴向力与激光光束波长、束腰半径、光束功率、微粒半径、折射率等参数的关系.     

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。     

基于MATLAB的光镊实验界面开发

本文基于MATLAB对光镊操纵米氏球状粒子的轴向光阱力和横向光阱力特性进行模拟,并通过设定连续变化的光束束腰半径、相对折射率、激光波长及功率等系统主要参数,对光阱力特性进行模拟分析,同时实现对横向光阱力进行程序化的定量计算.     

基于光纤光镊的长距离微粒可控操纵

为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探究了类抛物线形悬挂芯光纤中空孔直径、微粒尺寸与纤芯功率等参量对出射光场和光阱力的影响。结合悬挂芯光纤流道的气压控制,利用CO₂激光熔融工艺制备了光纤光镊探针,建立了针对直径2、5 、10 μm的聚苯乙烯微粒操控实验。研究为单孔悬挂芯光纤应用于光纤光镊实现微粒操控乃至输运提供了技术基础,也为光纤光镊提高集成度与灵活性提供了新的思路。

     

基于锥形光纤光镊的细胞操控与神经调控

光学操控已被广泛应用于生物医学、物理和材料科学等领域。近年来,锥形光纤光镊由于具有操作灵活、结构紧凑、易于制造等特点,在光学操控领域引起了极大关注。作为一种非侵入式光操控工具,锥形光纤光镊不会对生物组织和活体细胞产生接触式物理损伤,因而可以直接应用于细胞的多维度操控。此外,红外光波对生物组织具有良好的穿透性,这使得锥形光纤光镊在生物及医学领域有着不俗的表现。在这篇综述,笔者总结了锥形光纤光镊在单细胞、多细胞、亚细胞等层面的研究现状,并介绍了其在神经细胞调控方面的最新进展。     

基于光镊原理的光纤激光驱动细胞方法北大核心

提出了一种利用聚焦激光通过单模光纤对酵母细胞驱动的实验方法。基于光压产生光镊的原理,在微通道宽度为100μm的微流控芯片中,波长为650 nm、功率为200 mW的红色半导体激光通过单模光纤对酵母细胞进行驱动。其中有两个关键技术对实验起决定性作用,即激光到光纤的高耦合度和在微流控芯片中以水利聚焦形成单列细胞层流。实验结果表明:在该实验条件下,聚焦激光可以通过单模光纤对酵母细胞进行驱动,且平均速度约为25μm/s,达到了一个较高的驱动速度。该实验方法具有结构简单、检测精确度高及设备成本较低等特点。     

Controllable Cellular Micromotors Based on Optical Tweezers

Micromotors hold exciting prospects in biomedical applications but still face a great challenge. To date, there have been few reports of micromotors with high safety, flexible controllability, and full biocompatibility. Here, a multifunctional method based on an optical tweezer system is presented to realize controllable cellular micromotors. The method not only satisfies all of the above criteria but is also independent of the cell types and materials. Optical tweezers are used to generate a dynamic scanning optical trap along a given circular trajectory, which can trap and drive a microparticle or a single cell to move along the trajectory and thus generate a microvortex. Cells within the microvortex will be controllably rotated under an action of shear stress or torque and their rotation rate and direction can be controlled by changing the scanning frequency and direction of the dynamic optical trap. The proposed method is effective for both immotile target cells and swimming target cells. Additionally, it is further applied to realize synchronous translation and rotation of cellular micromotors and to assemble controllable and fully biocompatible cellular micromotor assays. The proposed method is believed to have potential applications in targeted drug delivery, biological microenvironment monitoring and sensing, and biomedical treatment.     

基于矩阵光学的光镊设计

光镊已经成为研究单分子生物物理特性的一个基本工具, 因而光镊设计是一个极为重要的课题。光镊捕获光路一般由激光器、扩束系统、光束调控系统、共焦系统、光束耦合系统和大数值孔径的物镜组成, 通过保持物镜后瞳充满度来实现光镊稳定性。本文根据几何光学, 利用矩阵光学进行光镊捕获光路计算, 得到了各个透镜间距、透镜和光束调控系统距离、物镜后瞳处光斑大小与光束调控系统处光斑大小的关系、光束调控系统处光斑大小和入射激光光斑大小的关系。本文计算结果表明光镊横向位置和物镜高度无关, 并指出了物镜后瞳位于成像透镜后焦面、光束调控系统位于共焦系统后透镜像方焦面处, 才能在光镊阱位纵向操控时保持物镜后瞳充满度不变。本文工作为光镊设计和调整提供了非常简洁而有效的理论指导。     

酵母细胞在涡旋光阱中的旋转动力学研究

利用液晶空间光调制器对高斯光束进行相位调制后可生成涡旋光束。因涡旋光束本身具有轨道角动量,酵母细胞被光阱捕获后会绕其中心旋转,对酵母细胞旋转的时序信号图进行傅里叶变换后可测出酵母细胞在光阱中的旋转角速度。详细讨论了酵母细胞旋转角速度随激光功率、拓扑荷以及捕获高度的变化关系。实验结果表明,酵母细胞的旋转角速度与激光功率成正比,与拓扑荷的平方成反比;捕获高度在14μm时角速度达到最大值;细胞在涡旋光阱中的旋转方向可由拓扑荷的符号决定,正号为逆时针旋转,负号为顺时针旋转。此实验结果有望应用在细菌鞭毛马达力矩的测量实验中。     

塑料光纤纤芯折射率分布的聚焦法测量

采用聚焦法对渐变折射率塑料光纤纤芯折射率分布进行了测量。聚焦法是一种非破坏性的测量方法,用平行光线垂直照射塑料光纤,并用聚焦于纤芯边界平面的显微镜进行观察,像平面的光强分布由计算机进行视频采集,经过计算得出纤芯的折射率分布。设计了测试系统,得到了塑料光纤的折射率分布曲线,并进行了误差分析。     

基于有限远光学系统的光镊设计和调整

光镊可以非接触、无损伤地操纵尺度位于数纳米到数十微米之间的生物细胞、亚细胞、生物大分子以及胶体粒子,已经成为生命科学和胶体化学领域不可缺少的研究工具。根据几何光学,对基于有限远光学系统显微镜的光镊光路进行了分析计算。这类系统由捕获光源、准直透镜、倒置生物显微镜、大数值孔径物镜、成像系统和CCD相机组成,可以在保持物镜后瞳充满度的情况下调整阱位和刚度,具有捕获力大、被捕获的粒子成像清晰等优点,可以很好地满足科研和教学需求。     

基于光纤环的光缓存器

提出了一种基于光纤环的光缓存器的结构,对结合半导体光放大器作光开关的此结构的物理模型进行了详细描述,并根据此模型分析了其增益、噪声、信噪比等方面的特性.     

基于光纤维生物传感器的研究

光与生物有着密切的联系,光是一种电磁波,光的传播速度是300000000米每秒。光与生物学之间的关系可以概括为:生物发光反应;光在生物物质中的能量传递,譬如生物物质的光吸收、光猝灭和受光激发等。生物反应物质对光的传播影响。随着高科技的发展,已经研制出光纤维生物传感器,光纤维生物传感器主要有光学器件检测光的灵敏度非常高,当然那用光纤维制成的生物传感器灵敏度也非常的高。另外,光信号的传播不受外界电磁波的干扰,传感器的噪声低。光纤生物传感器指用光导纤维及其检测器与生物分子识别器组装构成生物传感器。     

Optical Fiber Thermometer Based on the Fluorescence Lifetime

A new optical fiber fluorometric thermometer based on the temperature dependence of the fluorescence lifetime of phosphor is described.The phase-locked detection(PLD)system is used to measure fluorescence lifetime.The characteristics of thermmeter are discussed and the experiment results are given.     

光镊光阱力计算方法的研究

介绍了一种光镊光阱力的计算方法,并对微粒在已知参数条件下所受的光阱力进行了仿真,深入分析了光阱力和与之相关的光束束腰半径、相对折射率、激光功率等系统参数的关系,对不同参数条件下的光阱力进行了讨论,从而验证了系统参数对光阱力的重要影响,此外还对电磁学模型的光阱力计算进行了阐述。