光学镊子

光学镊子（Optical镊子）是可以通过使用聚焦激光在其焦点附近捕获并移动微小物体（主要是包含细胞等的透明介电材料）的设备。技术。捕获力是由折射率的差异引起的，通常约为皮尼顿。近年来，这项技术取得了成功，特别是在生物学和微加工研究方面。

通过光学方法的微对象的操作理论是贝尔实验室的阿瑟·阿什金最初是在20世纪70年代由报道。几年后，Ashkin已经进行最初的实验中被成功三维地拍摄通过光照射所述微粒的显微镜下。

1986年，史蒂芬楚是激光冷却在纸张光镊提到（1997年，储通过冷却研究在激光物理学诺贝尔奖被授予）。在一次采访中，Chu将Ashkin描述为“原子捕获和光学镊子的先驱”。阿什金（Ashkin）使捕获直径为10-10,000 nm的细颗粒成为可能，但Chu对此进行了进一步开发，使捕获直径为0.1 nm的颗粒成为可能。

在1980年代，Ashkin等人率先通过操纵烟草花叶病毒和大肠杆菌将光镊应用于生物学。在1990年代，Carlos Basmante，James Spditch，Steven Brock等人进入了这一领域，为光镊，激光光谱学和单分子细胞生物学的发展做出了贡献。

在此过程中，进行了突破性的发现，例如发现分子马达，并且生物物理等领域得到了巨大发展。

2003年，使用光镊成功地对齐了细胞。这利用了每个单元的光学特性。2004年，科罗拉多矿业学院（英文版）通过，到目前为止DLBT旨在小型化和光镊降低成本是昂贵和复杂的（二极管激光酒吧俘获）已经发展。如今，光镊用于细胞骨架操纵，生物聚合物粘弹性测量，细胞操纵等。

2018年，Ashkin通过与光学镊子的发明成果获得诺贝尔物理学奖。

通过使用强聚焦激光束，光镊可以将纳米级的介电微粒移动。在许多情况下，使用显微镜物镜收集激光（通常使用落射照明荧光显微镜作为光学镊子装置的底座）。在聚集的光的焦点附近会出现强电场梯度。此时，介电微粒被吸引到电场的xxx部分。除此之外，力还作用在激光束的传播方向上。

光学镊子具有极其精确的结构。可以处理的微粒约为纳米到微米，可以在一个单元中处理诸如DNA，蛋白质和酶之类的大分子。

待处理的细颗粒并不总是被捕获在中心。这是因为，实际上，微粒的形状是不规则的，或者介电常数存在偏差。

被捕获的微粒的行为的解释很大程度上取决于被捕获的颗粒的粒径。当粒径大于所用激光束的波长时，简单的光学（几何）光处理就足够了。相反，如果粒子与波长相比较小，则必须将粒子作为电磁场中的小偶极子来处理。

当被捕获的微粒的直径足够大于波长时，可以通过光学器件来解释捕获现象。如图所示，来自激光器的各个光线在进入和离开介电球体时会发生折射。结果，光束以与入射方向不同的方向发射。由于光具有动量，所以当行进方向改变时，动量也会改变。根据作用/反作用定律，细颗粒中的动量变化具有相同的绝对值和相反的方向。

在许多情况下，高斯光束（TEM00模式）的激光被用作光源。此时，如果细粒位于如图（a）所示偏离光轴中心的位置，则合力沿将细粒吸引到光轴中心的方向起作用。这是因为在高斯光束的中心处的强光束（图1（a）中的光束2）在偏离中心轴的方向上折射，并且使细颗粒的动量变化小。该动量变化大于由高斯光束的周围的光线（图1（a）中的光线1）给出的动量向外变化。如图（b）所示，如果微粒在光轴上，则各光线相对于光轴呈圆形对称地折射，因此在垂直于光轴的方向上没有力作用。在这种情况下，由折射引起的力沿光轴方向起作用并与散射力平衡。由于与散射力的平衡，微粒的稳定捕获位置位于光束焦点的稍下游。