光镊技术测量生物大分子间的结合强度

本文构建了一个借助微米小球为"手柄",用光镊间接操控生物大分子,进而测定生物大分子之间结合强度的实验 方法。具体实验以抗体A6D蛋白(肌醇磷酸激酶的单克隆抗体)与抗原P14-kinase(肌醇磷脂激酶)为例,对它们之间结合强 度进行了实验研究。该方法可望为生物大分子相互间作用力的定量测量提供直接、有效的研究手段。     

激光光阱中微粒的光致旋转

光致旋转是实现微机械马达的有效手段，它是在光镊（或者称激光光阱）对微粒的三维操作基础上又增加了一维角向的操作，这对微操作是具有重要意义的。光镊的出现促进了光致旋转的发展，本文概述了近年来国际上利用光镊实现光致旋转的研究进展。根据所利用的自旋角动量和轨道角动量的动量类型，讨论了现有的多种光致旋转方法，并进行了比较，给出所用样品粒子的种类及特性、光束和实验装置的特点以及最终所获得的结果。     

空心新型光阱的实验研究

介绍了用锥镜法和取高级衍射光斑法来实现空心光阱的实验方法。用实验定性地证明了空心光阱轴向捕获力高于实心光阱。用图像分析法比较了空心光阱与实心光阱近中心横向光阱刚度 (光焦点附近小范围内的光阱横向刚性程度 ) ,表明同等条件下空心光阱的近中心横向光阱刚度弱于实心光阱。用流体力学法测量光阱的逃逸阱力随光功率的变化 ,表明同等条件下空心光阱的逃逸阱力大于实心光阱 ,因此空心光阱操纵微粒具有更高的稳定性。同时指出了空心光阱具有更低的热损伤 ,在低倍物镜下空心光阱具有更高的实用价值 ,以及空心光阱适于更加高精度的实验操作     

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。     

光阱刚度与实验条件的依赖关系

对微小力的测量是光镊系统的重要功能。主要研究了进行微小力测量时所需的重要参数——光阱刚度与实验条件的依赖关系。在以He-Ne激光器为光源的光镊系统中，得到了光阱刚度随着阱位距离样品池底面高度的提升而减小，随着被捕获小球直径的增加而减小，以及光阱刚度与激光功率具有线性的依赖关系等经验规律，并作了定性的讨论。最后给出了该系统所能达到的测力精度和测力范围。     

测微光密度计的自动化控制

在我国仍有颇多的光谱实验室还在沿用逐点测量式的微光密度计进行光谱测量与分     

粒子的轴向位移对光阱力学参数标定的影响

作为力探针的光阱有两个重要参数，在垂直光束轴的横向上的刚度和逃逸力。对它们的标定精度直接影响到光阱测力的精度。利用信息熵方法，研究了基于流体力学法标定的光阱刚度和光阱逃逸力。结果表明，光阱中的小球在不同横向速度的水流作用下，不仅有横向位移，而且有不同的轴向位移，即所标定的光阱刚度不是同一水平面的光阱刚度，而是一定轴向范围内的平均横向刚度。这是流体力学法标定光阱横向刚度的主要误差来源之一。在逃逸速度下小球从光阱中沿轴向向上逃逸，所以这样测得“代表光阱的捕获能力的参数——光阱逃逸力”只是在轴向逃逸的临界条件下的横向光阱力（等待此时的横向粘滞力），小于最大横向阱力。     

光镊系统随机漂移建模和误差补偿

针对光镊系统本身噪声对测量精度的影响,提出了一种光镊系统随机漂移误差的有效补偿方法。首先,介绍了时间序列分析法和卡尔曼滤波技术,基于时间序列分析法建立了光镊的随机漂移误差模型;然后,用基于时间序列模型的卡尔曼滤波方法来减小该漂移误差。采用提出的方法对光镊设备实测数据的误差进行了补偿,结果表明：数据的误差方差由补偿前的188.90 nm²减小为8.41 nm²。计算补偿前后的艾伦方差可知,系统在平均时间为1 s时可使最小位移误差从 0.7 nm降低到0.1 nm。得到的结果显示：提出的滤波方法有效地抑制了光镊系统的漂移误差,将其用于双光镊对准可提高捕获光和探测光的对准精度,进而提高光镊系统的性能指标。     

非接触光镊法研究混合液体黏滞系数的组分关系

利用光镊技术对一组质量百分比含量不同的乙醇水溶液在30oC下的黏度进行了测量,其结果与理论估算的一致,二者之间的偏差为10%左右;此外,得到的黏度随乙醇含量的变化规律与20oC、40oC时的相同。验证了基于光镊非接触操控方法在易挥发液体及其混合溶液黏度测量的实用价值。