新型光“镊”捕获微颗粒

　　

生物通报道：近期《Nature Physics》杂志中，Romain Quidant与其同事证明了一排由激光照明的金微粒能够捕获悬浮微粒。这项技术能够在“lab-on-a-chip”微流系统中能够进行活细胞操作。

迄今为止，最有效的控制细胞和其它液体中的微型悬浮颗粒的有效方式是光学镊子。这些装置采用的原理是颗粒可以被聚焦光场吸附的原理，但缺陷是体积太大，设备复杂。

Quidant与其同事证明的新技术很简单，依赖的事实是当金颗粒或者其它金属微结构被光照亮后，其将在附近浓缩光场，类似于透镜聚焦的效果。通过在载玻片上安装一排金颗粒，用激光照亮，研究人员创造出一批光学镊子，可将悬浮在流动性液滴中的微粒放置在载玻片上。而且，研究人员通过控制金点的大小，用这些镊子从两种大小不同的颗粒混合物中选择性捕获特定大小的颗粒。（生物通 小粥）

参考文章：Parallel and selective trapping in a patterned plasmonic landscape, Maurizio Righini, Anna S. Zelenina, Christian Girard & Romain Quidant,
Published online: 21 May 2007 | doi 10.1038/nphys624

注释：

光学镊子就是用光形成的镊子,它是建立在光辐射压原理上的。光源同时具有热效应和辐射效应.对普通光源而言,由热效应所产生的压力比由单纯动量交换产生的辐射压力大几个数量级,因此很难获得足够的辐射压力.激光的出现改变了这一状况,使光的辐射压力得到充分体现.同时激光光束的截面分布具有简单确定的数学表达,便于进行理论处理,使光阱和光悬浮的研究成为可能.激光镊子是利用激光与物质间进行动量传递时的力学效应形成三维光学势阱。

当一束强汇聚的高斯光场作用于透明粒子时,如果粒子的折射率n1大于周围介质的折射率n0,梯度力Fa, Fb 会把粒子推向光场的最强处(轴心). 在光束传播方向上光对粒子不仅会产生轴向的推力,还会产生逆轴向的拉力,从而实现捕获. 这里光学捕获是通过透明介质微粒与光子发生动量交换而完成的. 这与带电粒子受静电场库仑力或交变场的梯度力而实现的电动捕获不同,与金属粒子或超导体在磁场中的磁悬浮也不同。

          

                                          基本原理图