激光镊子

⑴ 激光镊子怎样“捉”细菌

在生活中，人们常用金属、塑料或竹子制作的镊子，夹取手指不易拿住的微小物品，但要想夹取象细菌那样小的微生物是根本办不到的。

美国新泽西州的贝尔实验室，研制成功了一种称作“激光捕捉器”的十分新奇的激光装置。这种装置能够捕捉、操纵象细菌、病毒这样小的微生物，而又不致伤害它们。这种装置的作用就象镊子一样，所以人们又叫它为“激光镊子”。这种装置的研制成功，给微生物学家们提供了对指定的单个活体微生物，进行一系列实验的必要条件。

“激光镊子”的原理很简单。在日常生活中，人们对于带电物体能够吸住轻的不带电的物体，如纸屑、灰尘等，这些现象大家都是很熟悉的。这是因为不带电的物体，在电场中被极化，处于非均匀电场中的被极化物体，受到电场力的作用，而移向电场强度高的地方。但平时我们所能掌握的电场是有一定的空间占位的，所以远不能达到“镊”住一个细菌的要求，而是“吸”了一“大堆”。

早在1979年人们就提出了利用激光束来捕获中性原子。1985年实现了用激光束来俘获悬浮于空气或液体中的微粒。经过科学家们不懈的努力，终于实现了用激光俘获原生动物、酵母菌的梦想。

光也是一种电磁场。激光束的光强呈高斯分布，即光束中心强度最高，向外逐渐减弱。聚焦的激光束中，在光轴方向上，离焦点越近，光强越强，也就是说电场越强。一旦小的微生物落入激光束中，就会受到激光束的作用力，而被推向光束最亮的区域。激光束的焦点处，就像漩涡的中心一样，使它们无法逃出。因此可以把这些微生物“镊”住，并可以予以控制和移动。

可能存在的问题是，在“镊”住细菌等活体微生物的同时，也许会使它们受到损伤。这项技术的一个关键，就是要选择合适的激光波长和功率。例如利用近红外的波长和5～80毫瓦功率的掺钕钇铝石榴石激光器，可以对大肠杆菌和酵母菌进行无损伤俘获，并可以将其悬浮在激光“陷阱”中，观察其分裂繁殖过程的细节。

⑵ 镊子是谁发明的什么时候发明的

现代生物技术急需能够移动单个细胞和其他微小物体的仪器，最早的此类仪器-激光镊子是美国的物理小组在1986年研制的，随后在此领域每年都有新的技术突破。俄罗斯萨拉托夫国立技术大学和Tantal科研有限公司的研究团队提出并设计出能同时夹住并移动数量达7个微小物体的激光镊子。
在1910年，俄罗斯的物理学家彼得·列别杰夫(Петр Лебедев)发现了光波的压力从而开创了使用精密的激光微控制器，即激光镊子之路。正是这种压力拉动电解质微粒向聚焦激光照射到的地方移动，从而可以使微小物体沿着聚焦光线移动。

⑶ 光学镊子的构造

光学镊子 - Optical tweezer

顾名思义,光学镊子就是用光形成的镊子,它是建立在光辐压原理上的.光辐射压的提出源于开普勒和牛顿时代,当时理论认为光是一种粒子,根据牛顿力学原理, 运动着的粒子束会产生压力.在天文学中,彗星的尾巴始终背向太阳就是光具有辐射压力的一个典型例子.然而,光压的存在和麦克斯韦对辐射压力的理论预言则是到了20世纪初才在实验室中得到实验证明的.

20世纪60年代,当激光作为具有极高亮度的相干光源出现时,光压的研究发生了革命性的变化.70年代初,人们开始对激光的辐射压开始全面和深入的研究,特别是对原子在不同条件下所受辐射压力的性质和机制进行理论探讨和实验观测,从而发展起原子束的激光偏转,激光冷却,光子粘胶及原子喷泉等实验技术,同时利用光压进行原子俘获,粒子操纵等研究.正是由于在激光冷却方面的先驱性研究,著名的华裔科学家,斯坦福大学的朱棣文教授与其他两人共同获得了1997年度诺贝尔物理学奖.

我们知道,光源同时具有热效应和辐射效应.对普通光源而言,由热效应所产生的压力比由单纯动量交换产生的辐射压力大几个数量级,因此很难获得足够的辐射压力.激光的出现改变了这一状况,使光的辐射压力得到充分体现.同时激光光束的截面分布具有简单确定的数学表达,便于进行理论处理,使光阱和光悬浮的研究成为可能.激光镊子是利用激光与物质间进行动量传递时的力学效应形成三维光学势阱.它的基本原理如图.

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

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

⑷ 激光镊子是什么

在生活中，人们常用金属、塑料或竹子制作的镊子，夹取手指不易拿住的微小物品，但要想夹取象细菌那样小的微生物是根本办不到的。

美国新泽西州的贝尔实验室，研制成功了一种称作“激光捕捉器”的十分新奇的激光装置。这种装置能够捕捉、操纵象细菌、病毒这样小的微生物，而又不致伤害它们。这种装置的作用就象镊子一样，所以人们又叫它为“激光镊子”。这种装置的研制成功，给微生物学家们提供了对指定的单个活体微生物，进行一系列实验的必要条件。

“激光镊子”的原理很简单。在日常生活中，人们对于带电物体能够吸住轻的不带电的物体，如纸屑、灰尘等，这些现象大家都是很熟悉的。这是因为不带电的物体，在电场中被极化，处于非均匀电场中的被极化物体，受到电场力的作用，而移向电场强度高的地方。但平时我们所能掌握的电场是有一定的空间占位的，所以远不能达到“镊”住一个细菌的要求，而是“吸”了一“大堆”。

早在1979年人们就提出了利用激光束来捕获中性原子。1985年实现了用激光束来俘获悬浮于空气或液体中的微粒。经过科学家们不懈的努力，终于实现了用激光俘获原生动物、酵母菌的梦想。

光也是一种电磁场。激光束的光强呈高斯分布，即光束中心强度最高，向外逐渐减弱。聚焦的激光束中，在光轴方向上，离焦点越近，光强越强，也就是说电场越强。一旦小的微生物落入激光束中，就会受到激光束的作用力，而被推向光束最亮的区域。激光束的焦点处，就像漩涡的中心一样，使它们无法逃出。因此可以把这些微生物“镊”住，并可以予以控制和移动。

可能存在的问题是，在“镊”住细菌等活体微生物的同时，也许会使它们受到损伤。这项技术的一个关键，就是要选择合适的激光波长和功率。例如利用近红外的波长和5～80毫瓦功率的掺钕钇铝石榴石激光器，可以对大肠杆菌和酵母菌进行无损伤俘获，并可以将其悬浮在激光“陷阱”中，观察其分裂繁殖过程的细节。

⑸ 镊子的核心技术是啥

“光镊子”不是一个实体，是一种技术，它是靠激光来操作的。我们知道，激光有强度高、单色性好等优点。二十多年前，人们发现，当一束激光在物质中传播时，如果一些光线不平行，而是逐渐聚拢或逐渐散开，就会对物质产生一种“梯度力”的作用。另外，我们还知道，光从一种物质进到另一种物质的过程中会发生折射现象。如果在某种液体中放一个用聚苯乙烯制成的直径小于1微米的小球，那么光从溶液进入小球时就会发生折射，而且折射角小于入射角。让一束经过聚焦透镜的激光穿过溶液进入小球，这束光先在小球内会聚，然后又分散射出小球。在光聚拢和散开时都有梯度力作用在小球上。只要小球的球心偏离透镜焦点，小球受到的总的梯度力便不等于零，并且总是指向焦点。这样，小球便会向透镜焦点移动，激光就通过梯度力牢牢地“夹”住了小球。人们设法把小球粘在要研究的生物分子上，用“光镊子”“夹”住小球，同时也就带动了生物分子，从而对其进行研究。“光镊子”有多种用途。开始，物理学是用它来操作电介质微粒，甚至单个原子，以便研究它们的性质，如今，“光镊子”又被生物学家所看好，在跨世纪新兴学科领域里大显身手。科学家已经做到用“光镊子”按住一个细胞，用一把“激光刀”把细胞膜切开，再用另一把“光镊子”把其它细胞的细胞器放入这个细胞内，以达到人为的改变这个细胞的生物特性的目的。也有人用“双镊子”技术精确的测量单个肌肉蛋白分子“走动”的“步长”，以及它能够产生的作用力的大小，这为研究动物肌肉活动的机理打下了基础。“光镊子”已成为细胞生物学中一种重要的实验“工具”，它的应用前景将会越来越广。

⑹ 光学镊子的原理

我们知道,光源同时具有热效应和辐射效应。对普通光源而言,由热效应所产生的压力比由单纯动量交换产生的辐射压力大几个数量级,因此很难获得足够的辐射压力。激光的出现改变了这一状况,使光的辐射压力得到充分体现。同时激光光束的截面分布具有简单确定的数学表达,便于进行理论处理,使光阱和光悬浮的研究成为可能。激光镊子是利用激光与物质间进行动量传递时的力学效应形成三维光学势阱。它的基本原理如图。
当一束强汇聚的高斯光场作用于透明粒子时,如果粒子的折射率n1大于周围介质的折射率n0,梯度力Fa, Fb 会把粒子推向光场的最强处(轴心). 在光束传播方向上光对粒子不仅会产生轴向的推力,还会产生逆轴向的拉力,从而实现捕获。这里光学捕获是通过透明介质微粒与光子发生动量交换而完成的。这与带电粒子受静电场库仑力或交变场的梯度力而实现的电动捕获不同,与金属粒子或超导体在磁场中的磁悬浮也不同。
1970年,美国电报电话公司贝尔实验室的阿什金教授采用一束高斯激光,成功地在垂直于光的传播方向上束缚了悬浮在水中的聚苯乙烯微粒,这一实验将辐射压的应用从原子量级扩展到了微米范围,奠定了光镊的研究基础。之后他又设计了双光束光学陷阱,初步实现了光镊的雏形。