初原載于 愛學(xué)習(xí)的 青春材制

2023-05-19

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讓光成為奇跡的工具

光學(xué)鑷子

01 ?什么是光學(xué)鑷子

　　在日常生活中，鑷子是用于夾取塊狀藥品、金屬顆粒、毛發(fā)、細(xì)刺及其他細(xì)小東西的取用的一種工具；相同地，光學(xué)鑷子也是可以通過使用聚焦激光在其焦點(diǎn)附近捕獲并移動微小物體的設(shè)備。從“細(xì)”，到“微”，象征的正是我們能精細(xì)操縱的事物從宏觀到微觀的一個(gè)巨大進(jìn)步。

　　光學(xué)鑷子的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于激光。激光的出現(xiàn)提供了普通光源無法提供的輻射壓力，使光的輻射壓力得到充分體現(xiàn)。建立在光輻射壓原理上，光學(xué)鑷子利用激光與物質(zhì)間進(jìn)行動量傳遞時(shí)產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)形成的一種三維光學(xué)勢阱亦稱單光束粒子阱。當(dāng)一束激光作用于透明粒子時(shí)，如果粒子的折射率大于周圍介質(zhì)的折射率，梯度力會把粒子推向光場的最強(qiáng)處(軸心)，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的捕獲。

　　簡單來說，若是粒子處于軸心之外的地方，由于光場（類似與電場）而產(chǎn)生的梯度力，其所受的合力就會把它向軸心方向“拽”，從而實(shí)現(xiàn)抓捕。

02??光學(xué)鑷子在生物學(xué)上的應(yīng)用

　　如其發(fā)明者兼2018年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者Arthur Ashkin所說，光鑷“將細(xì)胞從它們的正常位置移去的能力，為我們打開了精確研究其功能的大門”。光學(xué)鑷子的出現(xiàn)對生物學(xué)研究產(chǎn)生了重大的影響，傳統(tǒng)微生物篩選方法的主要思路為先培養(yǎng)后篩選，而新的微生物篩選技術(shù)方法的思路主要為先篩選后培養(yǎng)，可以有效規(guī)避傳統(tǒng)方法的劣勢。比如光學(xué)鑷子結(jié)合拉曼光譜的細(xì)胞分選技術(shù)，拉曼光譜則是1928年被印度物理學(xué)家Raman所發(fā)現(xiàn)，它蘊(yùn)含著細(xì)胞在特定生理狀態(tài)下豐富的生化信息，如核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等，可作為“化學(xué)指紋”用于描述細(xì)胞的分子組成、生理狀態(tài)和生態(tài)功能。其與光學(xué)鑷子相結(jié)合則可實(shí)現(xiàn)無標(biāo)記檢測、區(qū)分及分選單細(xì)胞。

03??未來的奇跡

　　誠然，在實(shí)際應(yīng)用中光學(xué)鑷子會遇見各種各樣的問題，比如捕獲的物體暴露在高光強(qiáng)度區(qū)域即軸心處進(jìn)而不可避免地引起熱效應(yīng)和光毒性特別是對活細(xì)胞等光敏性目標(biāo)。但是，我們可以展望，在未來利用它可以從受感染的細(xì)胞中分類健康細(xì)胞，可以識別可能是癌癥的細(xì)胞，為癌癥患者們帶去福音；也可以利用它可以高精度測量材料的距離，生產(chǎn)一根頭發(fā)直徑的千分之一的芯片，制造類似《三體》中智子的微型機(jī)器人。其實(shí)上述實(shí)驗(yàn)如今已經(jīng)有科學(xué)家在嘗試了，畢竟光學(xué)鑷子已經(jīng)是一個(gè)奇跡了，而作為工具的它理應(yīng)為我們創(chuàng)造更多的奇跡！

參考文獻(xiàn)：

[1]長光所Light中心 中國光學(xué)《傳送門：納米光鑷隔空取物》

[2]榮楠，李備，唐昊冶，林先貴，馮有智，《微生物菌種篩選技術(shù)方法研究進(jìn)展》

[3]部分圖片來自網(wǎng)絡(luò)

來源：材料與制造學(xué)部科技協(xié)會

編輯：新媒體編輯部? ? 張哲華

總編：一一一一一一? ??李曉萌

審核：一一一一一一? ??白? ?潔

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