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激光在细胞研究中的应用 A. Ashkin (Bell Telephone Laboratories) 光辐射力的原理 国际前沿发展趋势 国际研究成果举例 Interaction of RecA Binding ssDNA with dsDNA AOM-BasedOscillatoryTweezers Optical Stretcher 光镊的实验装置图 谢谢大家！ 光镊的应用 原生 质体的 融合 单个活 力精细 胞研究 激光 诱导转 基因 抗体抗 原结合 强度 分选 单条染 色体 细胞膜 弹性的 测量 分散 体系的 研究 纳米 生物学的 研究 微粒 的空间 排布 光镊的应用研究 dsDNA Unwinding dsDNA RecA binding ssDNA d(t) Optical tweezers Change in the length of dsDNA Rotational motion of the trapped particle 国际研究成果举例 Liposome AO square wave DC5.5V±2.5v 1kHz Diameter=3μm 2beam distance=2.88μm 1064nm laser Optical tweezers 烟草细胞 原生质体的融合 单细胞融合 光镊操控单细胞融合实验方法 RBC Stretching Using a Parallel Dual-Tweezers J. Guck et al., Biophys J 81, 767 (Aug, 2001). J. Guck, R. Ananthakrishnan, T. J. Moon, C. C. Cunningham, J. Kas, Phys Rev Lett 84, 5451 (Jun 5, 2000) 5mW 500mW 光镊分选单条染色体 水稻细胞 --- 荧光标记 ---- 细胞残核 --- 染色体群 分散体系中微粒的聚集通常都是随机的。用逐个操控单个粒子的方法。按设定要求排布出具有稳定空间结构的粒子聚集体。 光镊在三维空间排布微粒 纳微器件，微机械，生物器件的组装和表征 建立了光镊研究单分子力学行为的实验方法。 光镊操控的原理和方法 操控物体并使之运动---具备能够产生相对的运动的条件 本实验设计:光镊静止, 光镊操控细胞所在环境运动 方法: 显微镜平台以速度V带动样品池运动, 被光镊捕获的粒子与环境产生相对运动 光捕获 光镊力的测量原理和方法 流体力学方法Stokes公式: 其中η为液体粘滞系数，R为微粒的半径，当速度增加到Vmax时,细胞将脱离光镊的束缚离开光阱,此Vmax为细胞的逃逸速度。 当光阱捕获一个处于流场中的微粒时，光阱力和流场的粘滞阻力相平衡，该粘滞阻力符合斯托克斯公式 。 显微镜平台 显微镜平台 光镊 1.光镊光源 2.光学耦合器 3.全反射镜 4.双向分束板 5.会聚透镜/高倍物镜 6.样品台 7.样品池 8.样品照明电源 9.激光滤波片 10.数码摄影头 11,12.图象显示与处理 光的力学效应实验光路图 实验装置和光路 样品台 光镊光源 * * 光的力学效应？光有力量吗？ 光子与物体的相互作用 光携带有能量和动量（线性动量和角动量）,光与物体相互作用时彼此交换能量和动量. 光子能量： 光子动量： 光与人类生活的关系非常密切，伴随科学的发展和人类文明的进步，人们对光的认识也越来越深入. -----光的动量是光的基本属性之一 光的效应: 在光的作用下，物体宏观上产生的各种现象 光的热学效应: 光与物体相互作用时物体的温度发生变化.—常见现象 光的力学效应: 光与物质间交换动量，使受光照射的物体获得一个力或力矩,物体发生位移,速度和角度的变化. —难以察觉 (光电效应,磁光效应,光化学效应, …) 光与物质相互作用—光的效应 1616年开普勒---提出光压的概念 从光的粒子性观念出发--- 具有一定动量的光子入射到物体上时无论是被吸收或反射，光子的动量都会发生变化，因而必然会有力作用在物体上，这种作用力我们通常称为光压。 光---