光鑷的發明使光的力學效應走向實際應用,使人們在許多研究中從被動的觀察轉而成為主動的操控,同時光鑷對于捕獲微小粒子、測量微小作用力及生產微小器件等許多方面都有非常重要的意義,現主要從以下幾個方面介紹光鑷的研究及應用 。
光鑷在生物細胞上的應用研究
對細胞操控的研究
光鑷操控細胞,可以高選擇性的分選細胞或細胞器。目前,研究者已經建立了一套分選單條染色體的實驗方法,為基因測序提供了更有效、更準確的方法。同時光鑷還可用來測量細胞表面的電荷,因為細胞表與荷細胞的生長和細胞的凋亡有著非常密切的關系。
對細胞應變能力的研究
細胞內部的應變能力在通常情況下是很難用顯微鏡觀察到的, 單一的生理學或者形態學參數很難定義細胞的生存能力。光鑷是對活體細胞進行非侵入微觀操縱的有利工具, 能夠誘導細胞產生應變。其發出的近紅外連續激光能夠誘導線蟲類C.elegans發生應變。根據C.elegans 特殊的應變能力,發現在不同的激發波長、激發功率和照射時間內,C.elegans的應變也各不相同。這種方法可在其他動植物細胞中進一步推廣應用。
對細胞橫向光阱力的研究
對紅細胞橫向光阱力方面的研究,在該研究中以射線光學計算模型為基礎,同時運用類似于求解軸向力的方法,得出了橫向力計算公式,對幾何尺寸遠大于光波長的米氏球狀粒子所受激光微束橫向光阱力進行了計算,計算結果表明,粒子只有在小于粒子半徑的區域內才能被捕獲,而不是在整個粒子半徑區域,實驗中還可以測量作用在粒子上力的大小和粒子的運動速度。微粒大小、相對折射率等對光阱力也產生一定的影響,適當選取各實驗參數可增強微粒的捕獲穩定性。細胞橫向力的研究對光鑷的理論有進一步的指導意義。
光鑷在生物大分子上的應用研究
為了操縱一個生物大分子,往往將兩個涂有肌漿球蛋白的聚苯乙烯小球黏在生物大分子的兩端,稱其為“手柄”,通過光鑷捕獲和操縱小球來達到操控生物大分子的目的。
光鑷結合其他技術在生物上的應用研究
光鑷由于其可對多個微小粒子進行復雜操控的特點以及飛速的發展,在其本身的技術研究受到越來越多關注的同時,也在不斷開拓與其他領域技術結合 [7] 的應用。
光鑷與高空間分辨率技術的結合
光鑷與具有高空間分辨率本領的技術結合,使之具備了更精細的結構分辨能力和動態操控能力,目前,國際上Coirault. C等人已成功地將原子力顯微鏡和光鑷技術相結合,為研究生物分子提供了更準確、更可靠的方法。
光鑷與光刀的結合
光鑷與光刀的配合裝置,可以進行高選擇性的細胞融合。光鑷用來挑選待融合的特定細胞,并把它們拖到一起相互接觸,再用光刀作用于二者的接觸面,誘發細胞融合,這種方法的融合產物具有高的純度。Seeger 等人利用光鑷和光刀偶聯實現了染色體的精細切割和高效收集及植物原生質的融合。同時還可實現細胞的切割,是生物微粒進行微操控和微加工的理想手段。此外,激光操縱細胞技術是當前最先進的轉基因技術,利用光鑷和光刀將 DNA 導入細胞而實現基因轉移,可大量節約資源,縮短轉基因時間,提高成功率。光鑷與光刀的結合在免疫學、分子遺傳學中的研究發揮著巨大的作用。
光鑷與測量技術的結合
光鑷可以作為一種操控技術與其他測量技術如微弱熒光探測技術、拉曼光譜測量技術結合。賴鈞灼等人利用光鑷拉曼光譜系統單個細胞的成分和生化過程進行了有效的分析。