雷射光鉗
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雷射光鉗. 922136 廖子頤 922137 詹育霖 922138 陳俊銘 922140 聶安莉 922142 林晟維. 目錄. 簡介 研究歷史 理論 雷射光鉗在生物研究方面的應用 內嵌式光鉗顯微鏡 雙光束光學鉗住 光纖與基本高斯光束 光學延伸器. 簡介. 說到光鉗就要帶入「光學嵌住 ( Optical Trap )」 得觀念,指利用光子動量轉移所造成的作用力對微小物體施力,從而嵌住、操控這些微粒. 研究歷史. 愛因斯坦提出光子模型 1969 年 Ashkin 推論 聚焦之雷射光極有可 能推動數 μ m 大小的微粒. 理論.

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Presentation Transcript


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雷射光鉗

922136 廖子頤

922137 詹育霖

922138 陳俊銘

922140 聶安莉

922142 林晟維


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目錄

  • 簡介

  • 研究歷史

  • 理論

  • 雷射光鉗在生物研究方面的應用

  • 內嵌式光鉗顯微鏡

  • 雙光束光學鉗住

  • 光纖與基本高斯光束

  • 光學延伸器


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簡介

說到光鉗就要帶入「光學嵌住 ( Optical Trap )」得觀念,指利用光子動量轉移所造成的作用力對微小物體施力,從而嵌住、操控這些微粒


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研究歷史

  • 愛因斯坦提出光子模型

  • 1969年Ashkin 推論聚焦之雷射光極有可

  • 能推動數μm大小的微粒


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理論

究竟無形的光線如何能「嵌住」物體?利用光束要怎樣操控物體?其實若將一束雷射光聚焦,並將一個直徑約數μm的塑膠微粒置於焦點處,則不斷發射的光子在撞擊微粒的同時,將施予一個微弱的作用力


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雷射若由下往上聚焦 則粒子受力消除地心引力吸引 即可漂浮


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若左右受兩道雷射夾擊 則可固定粒子


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光鉗粗劣圖解


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光鉗基本架構類型

  • 單光束光鉗 ---架設與操作相當方便

  • 如:顯微鏡內嵌式光鉗(Embedded Optical

  • Tweezers in a Microscope)

  • 雙光束嵌住光鉗 ---不需要太大的聚焦角度


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光鉗設計重要特點

  • CCD同步觀察

  • 雷射功率的控制

  • 雷射聚焦最佳化

  • 雷射光源


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雷射光鉗在生物研究方面的應用

1.使人們可以從被動的觀察轉而成為主動操

縱並且施以無破壞性的遠距操控   

例如:阻止細胞分裂時染色體的分離,彎曲某些長鏈狀生物分子等

2.量測運動蛋白質的運動力並且在 ,獲取的訊號中可觀察到細胞黏彈性的力學特性

3.具有捕捉、搬運、與操縱微小粒子的功能


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4.篩選細胞、微生物等之應用

5.研究細胞與分子間交互作用力的測量:

發現細胞間的作用力在接觸後的數分鐘內逐漸上升

6.神經軸突生長之應用:

  研究探討運動機制與細胞內的骨架重塑 ,並牽扯到細胞膜的流動 ,也可探討不同型態空間訊號對神經之發育及重組的影響


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高解析度的作用測量:

  • 顯微鏡

  • 控制奈米、微米級的粒子

  • 光學嵌住

  • 雷射光強度與角度

  • 電腦自動化雷射鑷


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1.一般的測量方法

2.使用正向散射光 的測量方法

結果: 運用其繞射圖形來偵測微粒與嵌

住中心的相對位置解析度確實大

為提高 。


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內嵌式光鉗顯微鏡:


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唯尚有兩項缺點,分述如下:

(i).目標物通常沉在樣品槽底部,光鉗深入此處抓取,會使雷射入水較深而受水中雜質與物鏡像差影響光鉗品質。

(ii).由於光壓作用機制之故,光鉗抓住微粒時,微粒的平衡位置略為偏向焦點之前 ( 沿光進行之方向視之 ),換句話說,操控微粒時「向前推」要比「向後拉」穩定而不易逃脫。而圖四這種必須「向後拉」以抵抗微粒重量的嵌住方式,操作時微粒會較為不穩。


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雙光束光學鉗住

  • 雙光束光纖光鉗是由二共軸校準之光纖中發射出來的雷射光互相對打所形成,和其他光學鉗住的方式相比,光纖光鉗的好處是更經濟、更簡單、更穩定的抓住各種微粒,尤其是螢光微粒。


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光纖與基本高斯光束

高斯光束是指雷射光束在任一橫截面上的能量分布為高斯型,一般實驗室平常所使用的各種雷射多半為高斯光束或是非常接近高斯型的光束,其能量分部的狀況如圖 所示。其數學可表示為:


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光學延伸器

  • 雷射被用來操縱原子到微米大小的粒子或生物細胞。從雷射光束到透明物體的總動量變化造成一個在光前進方向的推進力與一個和光軸垂直並沿著光強度梯度改變方向的吸引力。


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