光镊在生命科学中的应用.pdfVIP

光镊在生命科学中的应用水 郭红莲+ 屈 娥 徐春华 李兆霖 程丙英 张道中 (中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100080) 摘要 由于光镊具有无直接接触、无损伤等诸多优点，且光镊产生的力在皮牛顿量级，正好落在生物大分子相互 作用力的范围，所以光镊在生物大分子相互作用测量方面取得了越来越广泛的应用．文章详细介绍了光镊的出现、发 展过程以及在生命科学中代表性应用结果．这些结果表明，将光镊应用在生命科学领域，可以揭示或证实许多以前不 曾深刻了解的生物大分子的活动规律与机制． 关键词 光镊，生物大分子，相互作用 of tweezersinlifescience Applicationoptical GUO E XUChun—HuaL1Zhao-LinCHENG ZHANG Hong—Lian’Qu Bing-Ying Dao—Zhong National CondensedMatter (Beijing Laboratoryfor Physics，InstituteofPhysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100080，China) AbstractDuetotheirnon—contactandnon—invasioncharacteristicsanda force inthe of trappingjust range bio—molecular tweezersare moreandmore inthemeasurementofinterac— interactions，opticalfinding applications in the of tweezersandtheir tionsbetween macro—molecules．Wedescribedetaildevelopmentoptical typi— biological cal inthelifesciences．Itisshownthatthe andmechanismsofbio-moleculescanberevealed applications activity andunderstoodinnew withtheuseof tweezers． depth optical Keywordsopticaltweezers，biologicalmacro—molecules，interaction 的先驱．1970年，ArthurAshkin等人首先提出利用 1 引言 光压操纵微小粒子的概念．他们首先用一束1W的 连续氩离子激光会聚成窄的光束，成功地观察到在 早在17世纪初期，德国天文学家开普勒在解释 垂直光传播的方向上激光对水中乳胶颗粒的束缚以 彗尾之所以背向太阳的原因时，就指出这是受到太 及沿光的传播方向上由于辐射压引起的小球的加速 阳光的辐射作用所致．到1873年，麦克斯韦根据他运动，实现了不同直径的球形颗粒的二维囚禁．为了 的电磁学理论从理论上说明了光本身可产生作用 实现三维囚禁，他们又将两束相向的激光加以聚焦， 力，或者说是光辐压．1909年，德拜给出了线偏振平利用其相反方向的光压构成一个稳定的能量阱，建 面电磁波作用于均匀球形粒子所产生的辐射压力的 立了第一套利用光压操纵微小粒子的工具拉o．在此 理论．但由于光辐压极其微弱，同时也因缺少足够强