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特别报道I光镊技术

光镊研究与产业现状

采写编辑：谢婧

图lA．AshkiIl在实验室

士黑纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目在生命科学以及介观物理学领域得到了迅速应用并

]木标。光镊是利用光与物质问动量的传递的力学显示出了广阔的应用前景。应用于纳米层面的光镊的

效应而形成的三维梯度光学势阱，是一种可以对活细精度也从微米达到了纳米：它可操控对象的尺度达到

胞和其他微小物体进行无损伤和非接触性操控的工纳米量级：对微粒的操控定位达到纳米精度：位移测

具。它是建立在光辐射压原理的基础上的。量达到纳米精度；可进行飞牛(fN)到皮牛(pN)量级微

早在1619年开普勒就小相互作用力的

曾经提出，光可能有“机械光镊将细胞从正常实时测量。这些特

效应”，麦克斯韦在1873有的功能使它可

位置移去的能力，为

年、爱因斯坦在1917年都用于研究生物大

我们打开了精确研

对光辐射压理论做过重要分子的静态力学

究细胞功能的大门o．

贡献。到了1966年，索格金和动力学特性、可

等人发明的可调染料激光——A．Ashkin对生物大分子进

器则为进一步探讨“光的机图2光镊的应用行精细操作、可在

械特性”和促进其应用提供了条件。20世纪70年代，分子水平上进行特异性识别和生命过程的调控以及用

美国贝尔实验室的学者A．Ashkin(图1)和他的同事于纳米生物器件的组装…。纳米光镊技术因其在基础

在对光子与中性原子的相互作用进行研究时，利用高性研究中的重要地位，同时又具有广阔的市场前景而

聚焦单光束成功束缚了水中的乳胶微粒，将辐射压的倍受关注，成为光镊技术发展的一个重要方面。

应用从原子量级扩展到了微米量级。在此基础上，在发展过程中，光镊由最初的单光束梯度力光阱

Ashkin又成功设计了双光束光学势阱，初步实现了利逐渐演化出了双光镊、三光镊、四光镊、扫描光镊和飞

用光压操纵微粒的想法。合作研究者朱棣文等还因为秒光镊等许多不同类型的光学势阱，它们为测量双链

利用光压原理发展了激光冷却和囚禁原子的方法获DNA的解螺旋过程、研究分子马达的运动机制等生物

得了1997年的诺贝尔物理奖。1986年Ashldn把单光科学和其他领域的微尺度研究提供了巧妙且有效的

束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱，证工具。在众多的实验研究中多光阱操控技术显得越来

明其可以在基本不影响周围环境的情况下对捕获物越重要。全息光镊12J就是一种产生多光阱或新型光学

进行亚接触性、无损活体操作，并形象地称其为光镊。势阱的新方法，全息光镊不仅能构成各种功能的光

1986年问世后光镊技术发展迅速，针对不同种类阱，还能实现三维光阱阵列。它利用全息元件构建具

激光束产生的光镊研究越来越全面，光镊的应用范围有特定功能的光场，当物光场再现时只需用原来的参

也越来越广(图2)。