激光鑷子

⑴ 激光鑷子怎樣「捉」細菌

在生活中，人們常用金屬、塑料或竹子製作的鑷子，夾取手指不易拿住的微小物品，但要想夾取象細菌那樣小的微生物是根本辦不到的。

美國新澤西州的貝爾實驗室，研製成功了一種稱作「激光捕捉器」的十分新奇的激光裝置。這種裝置能夠捕捉、操縱象細菌、病毒這樣小的微生物，而又不致傷害它們。這種裝置的作用就象鑷子一樣，所以人們又叫它為「激光鑷子」。這種裝置的研製成功，給微生物學家們提供了對指定的單個活體微生物，進行一系列實驗的必要條件。

「激光鑷子」的原理很簡單。在日常生活中，人們對於帶電物體能夠吸住輕的不帶電的物體，如紙屑、灰塵等，這些現象大家都是很熟悉的。這是因為不帶電的物體，在電場中被極化，處於非均勻電場中的被極化物體，受到電場力的作用，而移向電場強度高的地方。但平時我們所能掌握的電場是有一定的空間佔位的，所以遠不能達到「鑷」住一個細菌的要求，而是「吸」了一「大堆」。

早在1979年人們就提出了利用激光束來捕獲中性原子。1985年實現了用激光束來俘獲懸浮於空氣或液體中的微粒。經過科學家們不懈的努力，終於實現了用激光俘獲原生動物、酵母菌的夢想。

光也是一種電磁場。激光束的光強呈高斯分布，即光束中心強度最高，向外逐漸減弱。聚焦的激光束中，在光軸方向上，離焦點越近，光強越強，也就是說電場越強。一旦小的微生物落入激光束中，就會受到激光束的作用力，而被推向光束最亮的區域。激光束的焦點處，就像漩渦的中心一樣，使它們無法逃出。因此可以把這些微生物「鑷」住，並可以予以控制和移動。

可能存在的問題是，在「鑷」住細菌等活體微生物的同時，也許會使它們受到損傷。這項技術的一個關鍵，就是要選擇合適的激光波長和功率。例如利用近紅外的波長和5～80毫瓦功率的摻釹釔鋁石榴石激光器，可以對大腸桿菌和酵母菌進行無損傷俘獲，並可以將其懸浮在激光「陷阱」中，觀察其分裂繁殖過程的細節。

⑵ 鑷子是誰發明的什麼時候發明的

現代生物技術急需能夠移動單個細胞和其他微小物體的儀器，最早的此類儀器-激光鑷子是美國的物理小組在1986年研製的，隨後在此領域每年都有新的技術突破。俄羅斯薩拉托夫國立技術大學和Tantal科研有限公司的研究團隊提出並設計出能同時夾住並移動數量達7個微小物體的激光鑷子。
在1910年，俄羅斯的物理學家彼得·列別傑夫(Петр Лебедев)發現了光波的壓力從而開創了使用精密的激光微控制器，即激光鑷子之路。正是這種壓力拉動電解質微粒向聚焦激光照射到的地方移動，從而可以使微小物體沿著聚焦光線移動。

⑶ 光學鑷子的構造

光學鑷子 - Optical tweezer

顧名思義,光學鑷子就是用光形成的鑷子,它是建立在光輻壓原理上的.光輻射壓的提出源於開普勒和牛頓時代,當時理論認為光是一種粒子,根據牛頓力學原理, 運動著的粒子束會產生壓力.在天文學中,彗星的尾巴始終背向太陽就是光具有輻射壓力的一個典型例子.然而,光壓的存在和麥克斯韋對輻射壓力的理論預言則是到了20世紀初才在實驗室中得到實驗證明的.

20世紀60年代,當激光作為具有極高亮度的相干光源出現時,光壓的研究發生了革命性的變化.70年代初,人們開始對激光的輻射壓開始全面和深入的研究,特別是對原子在不同條件下所受輻射壓力的性質和機制進行理論探討和實驗觀測,從而發展起原子束的激光偏轉,激光冷卻,光子粘膠及原子噴泉等實驗技術,同時利用光壓進行原子俘獲,粒子操縱等研究.正是由於在激光冷卻方面的先驅性研究,著名的華裔科學家,斯坦福大學的朱棣文教授與其他兩人共同獲得了1997年度諾貝爾物理學獎.

我們知道,光源同時具有熱效應和輻射效應.對普通光源而言,由熱效應所產生的壓力比由單純動量交換產生的輻射壓力大幾個數量級,因此很難獲得足夠的輻射壓力.激光的出現改變了這一狀況,使光的輻射壓力得到充分體現.同時激光光束的截面分布具有簡單確定的數學表達,便於進行理論處理,使光阱和光懸浮的研究成為可能.激光鑷子是利用激光與物質間進行動量傳遞時的力學效應形成三維光學勢阱.它的基本原理如圖.

http://www.qiji.cn/ke/contents/84.html

圖：http://www.nbi.dk/~tweezer/introction.htm

⑷ 激光鑷子是什麼

在生活中，人們常用金屬、塑料或竹子製作的鑷子，夾取手指不易拿住的微小物品，但要想夾取象細菌那樣小的微生物是根本辦不到的。

美國新澤西州的貝爾實驗室，研製成功了一種稱作「激光捕捉器」的十分新奇的激光裝置。這種裝置能夠捕捉、操縱象細菌、病毒這樣小的微生物，而又不致傷害它們。這種裝置的作用就象鑷子一樣，所以人們又叫它為「激光鑷子」。這種裝置的研製成功，給微生物學家們提供了對指定的單個活體微生物，進行一系列實驗的必要條件。

「激光鑷子」的原理很簡單。在日常生活中，人們對於帶電物體能夠吸住輕的不帶電的物體，如紙屑、灰塵等，這些現象大家都是很熟悉的。這是因為不帶電的物體，在電場中被極化，處於非均勻電場中的被極化物體，受到電場力的作用，而移向電場強度高的地方。但平時我們所能掌握的電場是有一定的空間佔位的，所以遠不能達到「鑷」住一個細菌的要求，而是「吸」了一「大堆」。

早在1979年人們就提出了利用激光束來捕獲中性原子。1985年實現了用激光束來俘獲懸浮於空氣或液體中的微粒。經過科學家們不懈的努力，終於實現了用激光俘獲原生動物、酵母菌的夢想。

光也是一種電磁場。激光束的光強呈高斯分布，即光束中心強度最高，向外逐漸減弱。聚焦的激光束中，在光軸方向上，離焦點越近，光強越強，也就是說電場越強。一旦小的微生物落入激光束中，就會受到激光束的作用力，而被推向光束最亮的區域。激光束的焦點處，就像漩渦的中心一樣，使它們無法逃出。因此可以把這些微生物「鑷」住，並可以予以控制和移動。

可能存在的問題是，在「鑷」住細菌等活體微生物的同時，也許會使它們受到損傷。這項技術的一個關鍵，就是要選擇合適的激光波長和功率。例如利用近紅外的波長和5～80毫瓦功率的摻釹釔鋁石榴石激光器，可以對大腸桿菌和酵母菌進行無損傷俘獲，並可以將其懸浮在激光「陷阱」中，觀察其分裂繁殖過程的細節。

⑸ 鑷子的核心技術是啥

「光鑷子」不是一個實體，是一種技術，它是靠激光來操作的。我們知道，激光有強度高、單色性好等優點。二十多年前，人們發現，當一束激光在物質中傳播時，如果一些光線不平行，而是逐漸聚攏或逐漸散開，就會對物質產生一種「梯度力」的作用。另外，我們還知道，光從一種物質進到另一種物質的過程中會發生折射現象。如果在某種液體中放一個用聚苯乙烯製成的直徑小於1微米的小球，那麼光從溶液進入小球時就會發生折射，而且折射角小於入射角。讓一束經過聚焦透鏡的激光穿過溶液進入小球，這束光先在小球內會聚，然後又分散射出小球。在光聚攏和散開時都有梯度力作用在小球上。只要小球的球心偏離透鏡焦點，小球受到的總的梯度力便不等於零，並且總是指向焦點。這樣，小球便會向透鏡焦點移動，激光就通過梯度力牢牢地「夾」住了小球。人們設法把小球粘在要研究的生物分子上，用「光鑷子」「夾」住小球，同時也就帶動了生物分子，從而對其進行研究。「光鑷子」有多種用途。開始，物理學是用它來操作電介質微粒，甚至單個原子，以便研究它們的性質，如今，「光鑷子」又被生物學家所看好，在跨世紀新興學科領域里大顯身手。科學家已經做到用「光鑷子」按住一個細胞，用一把「激光刀」把細胞膜切開，再用另一把「光鑷子」把其它細胞的細胞器放入這個細胞內，以達到人為的改變這個細胞的生物特性的目的。也有人用「雙鑷子」技術精確的測量單個肌肉蛋白分子「走動」的「步長」，以及它能夠產生的作用力的大小，這為研究動物肌肉活動的機理打下了基礎。「光鑷子」已成為細胞生物學中一種重要的實驗「工具」，它的應用前景將會越來越廣。

⑹ 光學鑷子的原理

我們知道,光源同時具有熱效應和輻射效應。對普通光源而言,由熱效應所產生的壓力比由單純動量交換產生的輻射壓力大幾個數量級,因此很難獲得足夠的輻射壓力。激光的出現改變了這一狀況,使光的輻射壓力得到充分體現。同時激光光束的截面分布具有簡單確定的數學表達,便於進行理論處理,使光阱和光懸浮的研究成為可能。激光鑷子是利用激光與物質間進行動量傳遞時的力學效應形成三維光學勢阱。它的基本原理如圖。
當一束強匯聚的高斯光場作用於透明粒子時,如果粒子的折射率n1大於周圍介質的折射率n0,梯度力Fa, Fb 會把粒子推向光場的最強處(軸心). 在光束傳播方向上光對粒子不僅會產生軸向的推力,還會產生逆軸向的拉力,從而實現捕獲。這里光學捕獲是通過透明介質微粒與光子發生動量交換而完成的。這與帶電粒子受靜電場庫侖力或交變場的梯度力而實現的電動捕獲不同,與金屬粒子或超導體在磁場中的磁懸浮也不同。
1970年,美國電報電話公司貝爾實驗室的阿什金教授採用一束高斯激光,成功地在垂直於光的傳播方向上束縛了懸浮在水中的聚苯乙烯微粒,這一實驗將輻射壓的應用從原子量級擴展到了微米范圍,奠定了光鑷的研究基礎。之後他又設計了雙光束光學陷阱,初步實現了光鑷的雛形。