光鑷的基本裝置

光鑷的基本裝置包括光鑷光源，光學耦合器，顯微物鏡，樣品臺以及一套觀察和記錄光鑷對微粒的操作過程的實時監(jiān)測系統(tǒng)。‘’是光鑷zui基本的實驗配置。

-光路圖

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

8照明光源，9 CCD數(shù)碼攝像頭，10 計算機主機 ，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)過光學耦合光路擴束整形后，入射到雙色分束鏡，并被反射至物鏡，光經(jīng)過物鏡聚焦在樣品池中形成光阱。裝有微粒或細胞懸浮液的樣品池置于樣品臺上。光鑷對微粒的捕獲和操控過程的觀察，類似于普通的顯微鏡。照明光通過聚光鏡照明樣品池，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，也可通過目鏡進行觀察。數(shù)碼攝像頭獲取的信息通過計算機采集和處理。

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，就是使目標物體與所在環(huán)境實現(xiàn)相對運動，將捕獲的目標物體挪動到新的目的地。

基于‘’的設計，目標物體與所在環(huán)境實現(xiàn)相對運動的方法是固定光鑷，操控目標物體所在環(huán)境，即通過操控樣品臺帶動樣品池中的樣品運動。

光鑷在橫向（X-Y）操控微粒

光鑷已捕獲了一個目標粒子。固定光束（即光鑷不動），沿平面操控樣品臺。被捕獲的粒子不動,背景粒子跟隨樣品臺移動，即實現(xiàn)了光鑷在橫向操控小球，箭頭表示背景的運動方向。

光鑷在橫向（）操控微粒

光鑷在縱向（Z）操控微粒

通過調(diào)節(jié)物鏡與樣品臺的相對位置，實現(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，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)的粒子沒有受到光阱的控制，不隨物鏡一起運動，偏離了成像平面，所以它們的圖像逐漸變得模糊。

光陷阱效應和阱域

當粒子距光鑷的中心（“十”字指示）有一定距離R時，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滑入光鑷的中心。粒子在完成這一過程中，沒有任何其它外力的驅(qū)動（忽略小球的重力）。光阱的阱域就是粒子開始自動滑入至光鑷中心的受力范圍。

光陷阱效應

圖所示，直徑為2微米的聚苯乙烯小球陷入光阱的過程。

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，使待測量的納米微粒與小球剛性的連接，用光鑷操控“手柄”達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展到納米尺度，已成為一種有效的單分子納米操控技術。

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，將被測的納米微粒黏附在“手柄”表面，通過測量“手柄” 受到的力和產(chǎn)生的位移，計算納米微粒運動參數(shù)。