操控金属粒子的光镊技术

金属微粒由于其独特的化学以及电磁性质,在生物医学和表面化学领域的应用越来越广泛,利用光镊俘获金属微粒的报道也越来越多,可操控的金属粒子尺寸也越来越小.光镊作为一种重要的捕获微小粒子的工具,在早期多用来捕获胶体颗粒及生物细胞等透明粒子,很少有报道用光镊来捕扶像会属粒子一类的小透明粒子.综合了近年来出现的利用光镊俘获金属粒子的技术,从原理、实验设备、实验环境等方面对现有俘获金属粒子的技术做一个全面的介绍.     

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。     

基于动态光镊技术的卵巢癌SKOV3细胞凋亡检测

化学疗法治疗癌症的主要机制是通过药物调控使无限增殖的癌细胞恢复到正常凋亡,因而实时检测用药过程中癌细胞的凋亡情况对于临床治疗具有重要意义。以卵巢癌SKOV3细胞作为研究对象,针对治疗药物(顺铂)不同浓度培养液的条件下,利用搭建的动态光镊系统在微流控芯片上通过测量捕获效率参数对四组细胞的凋亡情况分别进行检测。实验结果表明,该系统对不同药物浓度培养下SKOV3细胞凋亡情况的检测具有良好效果。与传统的检测手段相比,该系统细胞用量小、耗时短、无需标记、并可实现活体细胞检测,因此为细胞凋亡的临床检测提供了重要指导意义。     

基于电力聚焦的光纤光镊细胞分选

提出了基于电力聚焦的单模光纤耦合激光分选细胞的方法。基于电力聚焦模型和光镊原理,推导出中心聚焦流宽度公式和光纤光镊对细胞的散射力公式。在Comsol Multiphysics 5.3中建立层流、电流、粒子追踪和电磁波四个物理场,进行了直径10μm和20μm粒子的单细胞流和分选仿真。在此基础上,搭建了光纤光镊分选细胞实验平台,配置了酵母菌细胞和聚苯乙烯微球的混合溶液,进行了实验。仿真和实验结果均表明,在入口电压比1∶1.2的情况下,在主通道中能形成间距大致均匀相等的单细胞流。并在波长为980 nm、功率为300 mW激光条件下,聚焦激光可以通过单模光纤驱动不同直径的细胞沿光轴方向移动,且移动距离不相等,从而迫使细胞进入不同的通道进行分选。     

近场光镊技术的研究进展和应用前景

近场光镊是近场光学领域中的新型技术,因其可对纳米尺度微粒直接进行捕获和操纵而受到广泛关注.简述了该技术的原理,详细介绍了近场光镊技术的研究进展及其在众多学科领域中的潜在应用.     

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。     

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。     

光镊对双层介质球作用力分析

通过模拟单光线在双层介质球各界面上的反射和折射,分析了单光线对介质球施加的作用力,进而计算了整个高斯型激光束对小球施加的作用力。计算双层球的内层折射率分别为1.0和1.9时的捕获力,分析小球内层的半径和折射率对光镊捕获力的影响。计算结果表明,不同内径和折射率对捕获力的影响显著。当内层折射率小于外层折射率时,光镊捕获的稳定性得到提高,但是捕获的空间范围被压缩;而当内层折射率大于外层折射率时,光镊的捕获性能降低。双层球捕获力的分析结论为该类小球用做光手柄提供了可靠的理论依据。     

阵列光镊的发展

介绍了光镊的原理及近年来发展起来的各种阵列光镊技术,探讨了阵列光镊技术在不同学科领域的应用.     

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。     

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...     

光镊对双层介质球作用力分析北大核心CSCD

通过模拟单光线在双层介质球各界面上的反射和折射,分析了单光线对介质球施加的作用力,进而计算了整个高斯型激光束对小球施加的作用力。计算双层球的内层折射率分别为1.0和1.9时的捕获力,分析小球内层的半径和折射率对光镊捕获力的影响。计算结果表明,不同内径和折射率对捕获力的影响显著。当内层折射率小于外层折射率时,光镊捕获的稳定性得到提高,但是捕获的空间范围被压缩;而当内层折射率大于外层折射率时,光镊的捕获性能降低。双层球捕获力的分析结论为该类小球用做光手柄提供了可靠的理论依据。     

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。     

基于近场光学理论光镊的研究进展

近场光镊是基于近场光学理论建立起来的可以对微粒实现稳定捕获和操作的新技术,相较基于单光束梯度力的传统远场光镊,近场光镊克服了光学分辨率衍射极限和热效应等众多因素的限制,可以实现对纳米量级微小粒子的捕获和操控,在物理学、细胞工程、生物医学等领域备受关注.首先阐述了基于倏逝场近场光镊的模型和捕获的基本原理,详述了棱镜全反射光镊、探针型光镊、纳米孔径光镊、聚焦倏逝场光镊、微纳光纤光镊、以及微谐振腔耦合结构型近场光镊的研究进展.最后,重点介绍了光镊在生物医学领域的应用.     

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.     

基于MATLAB的单光阱光镊中光阱力的分析

在几何光学近似下,对米氏球状粒子所受轴向光阱力进行了数值计算。仿真结果给出了轴向稳定捕获区域和光阱力与光镊系统主要参数的关系。分析表明,激光束束腰半径越小,势阱越深;相对折射率、激光波长、功率等参数对光阱力也有一定影响。数值仿真为实验中参数的选择提供了依据。     

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...     

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。