光鑷是采用以芯片為基礎(chǔ)的光子共振捕獲技術(shù)的光阱,能對納米至微米級的粒子進(jìn)行操縱和捕獲,利用NanoTweezer顯微鏡納米光鑷轉(zhuǎn)換裝置可把現(xiàn)有顯微鏡升級改造為光鑷。 +tCNJ<S@l$
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光鑷的發(fā)明使光的力學(xué)效應(yīng)走向?qū)嶋H應(yīng)用,使人們在許多研究中從被動的觀察轉(zhuǎn)而成為主動的操控,同時光鑷對于捕獲微小粒子、測量微小作用力及生產(chǎn)微小器件等許多方面都有非常重要的意義,現(xiàn)主要從以下幾個方面介紹光鑷的研究及應(yīng)用。 ix+sT|>
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光鑷在生物細(xì)胞上的應(yīng)用研究 +1pY^#A
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對細(xì)胞操控的研究 \- f^C}m
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光鑷操控細(xì)胞,可以高選擇性的分選細(xì)胞或細(xì)胞器 [6] 。目前,研究者已經(jīng)建立了一套分選單條染色體的實驗方法,為基因測序提供了更有效、更準(zhǔn)確的方法。同時光鑷還可用來測量細(xì)胞表面的電荷,因為細(xì)胞表與荷細(xì)胞的生長和細(xì)胞的凋亡有著非常密切的關(guān)系。 $8{v_2C){
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對細(xì)胞應(yīng)變能力的研究 uGz>AW8a3
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細(xì)胞內(nèi)部的應(yīng)變能力在通常情況下是很難用顯微鏡觀察到的, 單一的生理學(xué)或者形態(tài)學(xué)參數(shù)很難定義細(xì)胞的生存能力。光鑷是對活體細(xì)胞進(jìn)行非侵入微觀操縱的有利工具, 能夠誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生應(yīng)變。其發(fā)出的近紅外連續(xù)激光能夠誘導(dǎo)線蟲類C.elegans發(fā)生應(yīng)變。根據(jù)C.elegans 特殊的應(yīng)變能力,發(fā)現(xiàn)在不同的激發(fā)波長、激發(fā)功率和照射時間內(nèi),C.elegans的應(yīng)變也各不相同。這種方法可在其他動植物細(xì)胞中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。 ""W*) rR
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對細(xì)胞橫向光阱力的研究 ^Q9!DF m
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對紅細(xì)胞橫向光阱力方面的研究,在該研究中以射線光學(xué)計算模型為基礎(chǔ),同時運(yùn)用類似于求解軸向力的方法,得出了橫向力計算公式,對幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波長的米氏球狀粒子所受激光微束橫向光阱力進(jìn)行了計算,計算結(jié)果表明,粒子只有在小于粒子半徑的區(qū)域內(nèi)才能被捕獲,而不是在整個粒子半徑區(qū)域,實驗中還可以測量作用在粒子上力的大小和粒子的運(yùn)動速度。微粒大小、相對折射率等對光阱力也產(chǎn)生一定的影響,適當(dāng)選取各實驗參數(shù)可增強(qiáng)微粒的捕獲穩(wěn)定性。細(xì)胞橫向力的研究對光鑷的理論有進(jìn)一步的指導(dǎo)意義。 ZnNl3MKV
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光鑷在生物大分子上的應(yīng)用研究 <|>7?#s2=
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為了操縱一個生物大分子,往往將兩個涂有肌漿球蛋白的聚苯乙烯小球黏在生物大分子的兩端,稱其為“手柄”,通過光鑷捕獲和操縱小球來達(dá)到操控生物大分子的目的。 %1Nank!Zj
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光鑷結(jié)合其他技術(shù)在生物上的應(yīng)用研究 ),rd7GB>
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光鑷由于其可對多個微小粒子進(jìn)行復(fù)雜操控的特點以及飛速的發(fā)展,在其本身的技術(shù)研究受到越來越多關(guān)注的同時,也在不斷開拓與其他領(lǐng)域技術(shù)結(jié)合 [7] 的應(yīng)用。 61pJVOe
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光鑷與高空間分辨率技術(shù)的結(jié)合 ZW@%>_JR]
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光鑷與具有高空間分辨率本領(lǐng)的技術(shù)結(jié)合,使之具備了更精細(xì)的結(jié)構(gòu)分辨能力和動態(tài)操控能力,目前,國際上Coirault. C等人已成功地將原子力顯微鏡和光鑷技術(shù)相結(jié)合,為研究生物分子提供了更準(zhǔn)確、更可靠的方法。 FQe82tfV+
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光鑷與光刀的結(jié)合 PBOZ^%k
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光鑷與光刀的配合裝置,可以進(jìn)行高選擇性的細(xì)胞融合。光鑷用來挑選待融合的特定細(xì)胞,并把它們拖到一起相互接觸,再用光刀作用于二者的接觸面,誘發(fā)細(xì)胞融合,這種方法的融合產(chǎn)物具有高的純度。Seeger 等人利用光鑷和光刀偶聯(lián)實現(xiàn)了染色體的精細(xì)切割和高效收集及植物原生質(zhì)的融合。同時還可實現(xiàn)細(xì)胞的切割,是生物微粒進(jìn)行微操控和微加工的理想手段。此外,激光操縱細(xì)胞技術(shù)是當(dāng)前最先進(jìn)的轉(zhuǎn)基因技術(shù),利用光鑷和光刀將 DNA 導(dǎo)入細(xì)胞而實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移,可大量節(jié)約資源,縮短轉(zhuǎn)基因時間,提高成功率。光鑷與光刀的結(jié)合在免疫學(xué)、分子遺傳學(xué)中的研究發(fā)揮著巨大的作用。 TfnBPO
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光鑷與測量技術(shù)的結(jié)合 c`O(||UZT
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光鑷可以作為一種操控技術(shù)與其他測量技術(shù)如微弱熒光探測技術(shù)、拉曼光譜測量技術(shù)結(jié)合。賴鈞灼等人利用光鑷?yán)庾V系統(tǒng)單個細(xì)胞的成分和生化過程進(jìn)行了有效的分析。