光镊(optical tweezers)

更新时间:2024-04-17 06:44:15.000Z

分类: 研究方法

定义: 用激光束捕获和移动粒子的装置

光镊(optical tweezers) 详述

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目录

1. 光镊的诞生背景

光镊是一种用激光束捕获和移动粒子的装置,这种技术在1970年由美国贝尔实验室的阿瑟·阿什金首次提出。阿什金发现,当激光照射到微小粒子上时,粒子会被吸引到激光束的中心,并沿着激光束移动。这种现象被称为辐射压力。阿什金利用这一现象,成功地用激光束捕获和移动了微小的玻璃球,从而开创了光镊技术。

2. 光镊的相关理论或原理

光镊的工作原理主要基于光的动量和梯度力。当激光束照射到粒子上时,粒子会吸收或散射部分光子,从而获得动量。这种动量转移就形成了一种力,称为辐射压力。然而,这种力并不能将粒子固定在激光束中心,因为粒子会沿着激光束移动。为了捕获粒子,需要另一种力,即梯度力。梯度力是由于激光束的强度在空间上的变化而产生的。在激光束的中心,强度最大,而在边缘,强度较小。因此,粒子会被吸引到强度最大的地方,即激光束的中心。这就是光镊的基本工作原理。

3. 光镊的应用

光镊技术由于其精准操作微小粒子的能力,被广泛应用于生物学、物理学和化学等领域。在生物学中,光镊被用来研究细胞和分子的力学性质,例如,通过光镊可以精确地测量细胞膜的弹性、细胞骨架的力学性质等。在物理学中,光镊被用来研究布朗运动和微观世界的力学性质。在化学中,光镊被用来研究化学反应的动力学过程,例如,通过光镊可以精确地控制反应物的浓度和反应条件,从而实现精确的化学反应控制。

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