PX.9-GN光镊微操作仪

光镊的基本装置

光镊的基本装置包括光镊光源，光学耦合器，显微物镜，样品台以及一套观察和记录光镊对微粒的操作过程的实时监测系统。‘’是光镊zui基本的实验配置。

-光路图

1光镊光源，2 光学耦合器，3反射镜，4 双色分束镜，5 聚焦物镜NA=1.25，6 样品台，7样品池，

8照明光源，9 CCD数码摄像头，10 计算机主机 ，11显示器。图4- B为样品池7的放大图。

由激光器发射的激光束，经过光学耦合光路扩束整形后，入射到双色分束镜，并被反射至物镜，光经过物镜聚焦在样品池中形成光阱。装有微粒或细胞悬浮液的样品池置于样品台上。光镊对微粒的捕获和操控过程的观察，类似于普通的显微镜。照明光通过聚光镜照明样品池，池中的微粒被捕获和操控的图像经物镜后，透过双色分束镜，被反射镜反射到CCD（Charge Coupled Device或电荷耦合器件）数码摄像头，所采集的影像由显示器显示，也可通过目镜进行观察。数码摄像头获取的信息通过计算机采集和处理。

光镊的基本操控方法

光镊的基本操作功能是对微小粒子的捕获和操控。捕获即夹持物体；所谓操控，就是使目标物体与所在环境实现相对运动，将捕获的目标物体挪动到新的目的地。

基于‘’的设计，目标物体与所在环境实现相对运动的方法是固定光镊，操控目标物体所在环境，即通过操控样品台带动样品池中的样品运动。

光镊在横向（X-Y）操控微粒

光镊已捕获了一个目标粒子。固定光束（即光镊不动），沿平面操控样品台。被捕获的粒子不动,背景粒子跟随样品台移动，即实现了光镊在横向操控小球，箭头表示背景的运动方向。

光镊在横向（）操控微粒

光镊在纵向（Z）操控微粒

通过调节物镜与样品台的相对位置，实现光阱的纵向操控。如左图所示，左侧一粒子已被光阱捕获，微调物镜，改变光阱的纵向位置，被捕获粒子也随物镜移动，因而仍然保

光镊在纵向（）操控微粒

持好的成像条件，像依然清晰。而右侧的粒子没有受到光阱的控制，不随物镜一起运动，偏离了成像平面，所以它们的图像逐渐变得模糊。

光陷阱效应和阱域

当粒子距光镊的中心（“十”字指示）有一定距离R时，处在光阱边缘的粒子将受到光的引力作用，以一定的加速度自动滑入光镊的中心。粒子在完成这一过程中，没有任何其它外力的驱动（忽略小球的重力）。光阱的阱域就是粒子开始自动滑入至光镊中心的受力范围。

光陷阱效应

图所示，直径为2微米的聚苯乙烯小球陷入光阱的过程。

小球距离光阱的中心为R，阱域就是以R为半径的圆形区域。

间接操控法

光镊操控微粒有两种方式。一种是直接操控，如图5所示；光镊可直接操控的粒子从几十纳米到几十微米。 

另一种是间接操控，间接操控方法利用了光阱系统能清晰分辨的微米粒子作为“手柄”，将纳米微粒粘附在“手柄”上，使待测量的纳米微粒与小球刚性的连接，用光镊操控“手柄”达到操控纳米微粒的目的。这种间接操控法使光镊操控范围扩展到纳米尺度，已成为一种有效的单分子纳米操控技术。

光镊间接操控纳米粒子

图示意为光镊间接操控纳米微粒和生物大分子。“手柄”采用1微米的聚苯乙烯小球，将被测的纳米微粒黏附在“手柄”表面，通过测量“手柄” 受到的力和产生的位移，计算纳米微粒运动参数。