摘 要

本文主要围绕单光纤光镊对于微粒的捕获这一课题，重点从静态腐蚀法制作的光镊对于酵母细胞的捕获力的数据处理此方面展开。对细胞直径3~7.5um的酵母细胞进行了大量的规律捕获。使用四根锥角不同的探针，针对相似粒子直径的捕获功率进行了比较，所得结果对于单光镊光纤对微粒的捕获实验数据和理论对比上有重要的指导意义。

论文主要研究了二次锥角分别为为22°、42°、65°、78°的光镊探针对于酵母细胞微粒直径从3~7.5um每0.5um一个数量级递增的不同细胞直径粒子的捕获，对其每组的数据进行公式分析，通过数据的集中处理和图像分析，探寻其中存在的规律。

研究结果表明，静态腐蚀法制作的光镊探针，在实验中捕获的粒子直径范围在2.5um~18.4um之间，再大和再小的粒子，由于实验所限没有探究，探针捕获力和激光功率呈一阶线性关系 ；当探针的二次锥角越小时其相同功率下的捕获力越大；单位功率的捕获力和细胞微粒直径没有一个确定的公式，但可以通过四阶多项式近似拟合；光镊探针对于酵母细胞微粒的最佳捕获直径范围在4.2~5um之间。

本文特色在于，在单光纤光镊酵母细胞捕获中明确了各操作步骤流程，将测量失误有效减小，通过实验证明了探针捕获力和激光功率的线性关系，单位功率的捕获力与探针锥角的增加成反比。推算了光镊探针捕获酵母菌微粒的最佳捕获直径。

关键词：微粒；捕获；二次锥角；捕获力

Abstract

This article mainly around the single fiber optical tweezers capture the subject for particles，focus from static corrosion law of optical tweezers for trapping force data processing the aspects of yeast cells。The cell diameter 3 ~ 7.5 um yeast cells to capture a lot of rules. Using four different cone Angle probe, in view of the similar particle diameter of the capture of power are compared，results for single photon tweezers fiber on the experimental data and theoretical contrast on the trapping of particles have important guiding significance. Thesis mainly studied the different secondary cone Angle of 22 °, 42 °, 65 °, 78 ° optical tweezers probe, In yeast cell particles diameter from 3 ~ 7.5 um every 0.5 um one order of magnitude incremental capture of different cell diameter of particles,The formula through the data analysis in each group, through the analysis of the centralized processing and image data, explores the law of existence.

The results showed that, static corrosion law of optical tweezers probe, Captured in the test of particle diameter range between 2.5 um and 18.4 um, Again and again small particles, as a result of experiments, the limit is not explored. Probe trapping force and the laser power is a first order linear relation. When the smaller the secondary cone Angle of the probe under the same power to capture the greater the force. Unit power of trapping force and the cell without a definite formula particle diameter, Can approach a fourth-order polynomial fitting. Optical tweezers best capture the probe for yeast cells particle diameter range between 4.2 ~ 5 um.

This article is, In a single fiber optical tweezers capture yeast cells has been clear about the various steps in the process. Will decrease measurement error effectively, Experiments proved that the probe trapping force and the linear relationship of laser power. Unit power of trapping force is inversely proportional to the probe Angle increases. Calculate the optical tweezers capture probe yeast best capture particles diameter.

Key words: Particle;capture; Secondarycone Angle; Trapping forc

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 背景及现状 1

1.3 主要内容及章节安排 2

1.4 本文的主要探究点 3

第2章 实验原理 4

2.1 静态腐蚀法对探针的制备 4

2.2 光镊的捕获原理 5

第3章 实验操作 7

3.1 光镊探针的测量 7

3.2 酵母菌溶液的配置 8

3.3 光镊与激光的耦合 8

3.4 光镊操作系统的构成 9

3.5 粒子逃逸速率的界定 11

第4章 实验结果分析 13

4.1 单光纤光镊捕获微粒直径的范围 13

4.2脱离转速和捕获力的分析 13

4.3 捕获力与功率的的线性关系 19

4.4 捕获力K与探针二次锥角的关系 23

4.5 捕获力K与细胞粒子直径的关系 24

4.6 最佳捕获粒子直径 27

第5章 总结与展望 29

参考文献 30

致 谢 32

第1章 绪论

当前学科交叉发展迅速，逐渐形成一批交叉学科，经过体系的完善，和知识的积累，这些交叉学科又反过来推进了科学技术的发展^[1]，目前光镊系统的出现给生物学打开了一扇新的大门，使研究方向不再局限于宏观世界的规律，一大批科学家开始探索微观世界的规律，捕获的微粒不再局限于一个类似的群体，而更倾向于群体中单体的细胞、分子、病毒、线粒体、DNA片段、或者测量分子间结合的化学键的力^[2]等等。这些本质的探索会在不久的讲来越来越多的应用到生活中来，大大的提高了精准度，用以实现医药的靶细胞精准供给，癌变细胞的用药耐受情况探测等现在难以企及的领域。带来很多意想不到的应用。

光镊自Ashkin等人发明以来，经过不断地优化，不断地探索，已经逐渐拥有成熟的体系，传统光镊为了较好的聚焦高斯光束而形成光阱，一般采用高数值孔径（NA）的物镜，体积大，价格贵，且整个系统难于移动^[3]，现在在此基础上已经发展出一些可以满足光阱要求，价格合理的国产物镜，但是随着精度的要求越高，价格也越昂贵，最近迅猛发展的光纤光镊技术（OFT），具有小尺寸、易于制备、低成本等优点，很好的在光镊对于微粒的研究方向上开拓了一条新路。

1.1 目的及意义

光镊这项技术产生于1986年^[4]，不断完善至今建立成一套相当成熟的理论体系，利用电磁波（光波）具有动量的特性，通过激光束透过物体折射产生光压或在物体表面形成反射和吸收产生光压从而对微量级物体产生改变其运动状态的力^[5]。以其精度高，对物体损耗小的特点被广泛应用于生物、医学等领域，对于实验物体小，内部条件针对性强的研究具有非比寻常的意义^[6]，高精度的操控为很多研究的实施提供了可能，是细胞生物学，分子生物学研究的有效手段^[7]，在对一些常见的微小物品筛选中，能否熟练地制作光镊，最佳光波频率的选择，耦合的好坏，激光器功率的大小都是需要大量的实践来积累的^[8]。