光鑷的基本裝置

光鑷的基本裝置包括光鑷光源，光學(xué)耦合器，顯微物鏡，樣品臺(tái)以及一套觀(guān)察和記錄光鑷對(duì)微粒的操作過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。‘’是光鑷zui基本的實(shí)驗(yàn)配置。

-光路圖

1光鑷光源，2 光學(xué)耦合器，3反射鏡，4 雙色分束鏡，5 聚焦物鏡NA=1.25，6 樣品臺(tái)，7樣品池，

8照明光源，9 CCD數(shù)碼攝像頭，10 計(jì)算機(jī)主機(jī) ，11顯示器。圖4- B為樣品池7的放大圖。

由激光器發(fā)射的激光束，經(jīng)過(guò)光學(xué)耦合光路擴(kuò)束整形后，入射到雙色分束鏡，并被反射至物鏡，光經(jīng)過(guò)物鏡聚焦在樣品池中形成光阱。裝有微粒或細(xì)胞懸浮液的樣品池置于樣品臺(tái)上。光鑷對(duì)微粒的捕獲和操控過(guò)程的觀(guān)察，類(lèi)似于普通的顯微鏡。照明光通過(guò)聚光鏡照明樣品池，池中的微粒被捕獲和操控的圖像經(jīng)物鏡后，透過(guò)雙色分束鏡，被反射鏡反射到CCD（Charge Coupled Device或電荷耦合器件）數(shù)碼攝像頭，所采集的影像由顯示器顯示，也可通過(guò)目鏡進(jìn)行觀(guān)察。數(shù)碼攝像頭獲取的信息通過(guò)計(jì)算機(jī)采集和處理。

光鑷的基本操控方法

光鑷的基本操作功能是對(duì)微小粒子的捕獲和操控。捕獲即夾持物體；所謂操控，就是使目標(biāo)物體與所在環(huán)境實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將捕獲的目標(biāo)物體挪動(dòng)到新的目的地。

基于‘’的設(shè)計(jì)，目標(biāo)物體與所在環(huán)境實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法是固定光鑷，操控目標(biāo)物體所在環(huán)境，即通過(guò)操控樣品臺(tái)帶動(dòng)樣品池中的樣品運(yùn)動(dòng)。

光鑷在橫向（X-Y）操控微粒

光鑷已捕獲了一個(gè)目標(biāo)粒子。固定光束（即光鑷不動(dòng)），沿平面操控樣品臺(tái)。被捕獲的粒子不動(dòng),背景粒子跟隨樣品臺(tái)移動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了光鑷在橫向操控小球，箭頭表示背景的運(yùn)動(dòng)方向。

光鑷在橫向（）操控微粒

光鑷在縱向（Z）操控微粒

通過(guò)調(diào)節(jié)物鏡與樣品臺(tái)的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)光阱的縱向操控。如左圖所示，左側(cè)一粒子已被光阱捕獲，微調(diào)物鏡，改變光阱的縱向位置，被捕獲粒子也隨物鏡移動(dòng)，因而仍然保

光鑷在縱向（）操控微粒

持好的成像條件，像依然清晰。而右側(cè)的粒子沒(méi)有受到光阱的控制，不隨物鏡一起運(yùn)動(dòng)，偏離了成像平面，所以它們的圖像逐漸變得模糊。

光陷阱效應(yīng)和阱域

當(dāng)粒子距光鑷的中心（“十”字指示）有一定距離R時(shí)，處在光阱邊緣的粒子將受到光的引力作用，以一定的加速度自動(dòng)滑入光鑷的中心。粒子在完成這一過(guò)程中，沒(méi)有任何其它外力的驅(qū)動(dòng)（忽略小球的重力）。光阱的阱域就是粒子開(kāi)始自動(dòng)滑入至光鑷中心的受力范圍。

光陷阱效應(yīng)

圖所示，直徑為2微米的聚苯乙烯小球陷入光阱的過(guò)程。

小球距離光阱的中心為R，阱域就是以R為半徑的圓形區(qū)域。

間接操控法

光鑷操控微粒有兩種方式。一種是直接操控，如圖5所示；光鑷可直接操控的粒子從幾十納米到幾十微米。 

另一種是間接操控，間接操控方法利用了光阱系統(tǒng)能清晰分辨的微米粒子作為“手柄”，將納米微粒粘附在“手柄”上，使待測(cè)量的納米微粒與小球剛性的連接，用光鑷操控“手柄”達(dá)到操控納米微粒的目的。這種間接操控法使光鑷操控范圍擴(kuò)展到納米尺度，已成為一種有效的單分子納米操控技術(shù)。

光鑷間接操控納米粒子

圖示意為光鑷間接操控納米微粒和生物大分子。“手柄”采用1微米的聚苯乙烯小球，將被測(cè)的納米微粒黏附在“手柄”表面，通過(guò)測(cè)量“手柄” 受到的力和產(chǎn)生的位移，計(jì)算納米微粒運(yùn)動(dòng)參數(shù)。