什么是組織鑷光鑷子？

1960年，激光的發(fā)明使人們對光的利用進入了一個全新的階段。有了新的高亮度光源——激光，光功率可以大大提高，開始顯示出強大的生命力。此后，人們對光能及其相關應用進行了深入的研究。那么，什么是組織鑷光鑷子？

什么是組織鑷光鑷子？

組織鑷在英國雜志《自然》的文章《2020遠景》中，激光技術被認為是未來十年有巨大前景的18個領域之一。斯坦福大學光子研究中心的托馬斯巴爾(Thomas Barr)和羅切斯特大學物理系的尼古拉斯畢格羅(Nicholas Bigelow)共同撰文指出，到2020年，激光輸出光斑將小到一納米，激光輸出脈沖將比通過一個原子所需的時間還要短。這意味著高精度、高準確度的激光微操作變得更加現(xiàn)實。

組織鑷“光鑷”不是一個實體，而是一種技術，通過激光來操作。眾所周知，激光具有強度高、單色性好的優(yōu)點。二十多年前，人們發(fā)現(xiàn)激光束在物質中傳播時，如果有些光線不是平行的，而是逐漸聚集或逐漸散開，就會對物質產(chǎn)生“梯度力”效應。此外，我們還知道光從一種物質傳到另一種物質時會發(fā)生折射。如果把一個直徑小于1微米的聚苯乙烯制成的小球放在某種液體中，光從溶液進入球內(nèi)時會發(fā)生折射，折射角小于入射角。讓一束穿過聚焦透鏡的激光束穿過溶液，進入球內(nèi)。這種光束先在球內(nèi)會聚，然后發(fā)散射出球。當光線聚集和擴散時，梯度力作用在球上。只要球的中心偏離鏡頭焦點，球上的總梯度力就不等于零，始終指向焦點。這樣球就會移動到鏡頭的焦點，激光通過梯度力把球牢牢“夾”住。人們嘗試將球粘在待研究的生物分子上，用“光鑷”將球“夾住”，同時帶動生物分子對其進行研究。

使用光驅動星際旅行可能需要耐心等待，但使用它來移動很微小的物體在當今的科學研究中已經(jīng)司空見慣?，F(xiàn)任美國能源部長、勞倫斯國家實驗室主任朱和他的同事們于1985年左右在貝爾實驗室發(fā)明了用激光冷卻和俘獲原子的方法。他們利用了光能的原理，他們的成果后來獲得了1997年的諾貝爾物理學獎。

與此同時，人們開始探索光對生物粒子和半導體粒子的動力學效應。1986年，貝爾實驗室的科學家亞瑟阿斯金(Arthur Askin)用強會聚激光束成功捕獲了三維介質粒子。這項發(fā)明被形象地稱為組織鑷光鑷，成為這個尺度范圍內(nèi)粒子的獨特操控和研究手段。“光鑷”有很多用途。起初，物理學用它來操縱電介質粒子，甚至單個原子，以便研究它們的特性?，F(xiàn)在，“光鑷”受到生物學家的青睞，在跨世紀的新興學科中大顯身手?？茖W家用光鑷按住一個細胞，用激光刀切開細胞膜，然后用另一個光鑷把其他細胞的細胞器放入該細胞，從而人為改變該細胞的生物特性。也有人利用“雙鑷”技術，準確測量單個肌肉蛋白質分子“行走”的“步數(shù)”及其所能產(chǎn)生的力，為研究動物肌肉活動的機理奠定了基礎。組織鑷光鑷已經(jīng)成為細胞生物學的重要實驗工具，其應用前景將越來越廣闊。光功率(簡稱“光功率”)現(xiàn)象早就被人們注意到了。當彗星從太陽系的遠邊緣運行到靠近太陽的位置時，它的尾巴就會出現(xiàn)。彗星的尾巴是光子撞擊彗星物質造成的。

組織鑷光線通常很弱，典型的光功率在“皮牛”量級，大約是我們在搬運一公斤蘋果時感受到的重量的十億分之一。但這并沒有影響人們對以光為動力旅行的幻想。近年來，美國、德國和日本都試圖將“太陽帆”衛(wèi)星發(fā)到近地軌道。2005年，美國行星協(xié)會在俄羅斯火箭的幫助下發(fā)了宇宙1號衛(wèi)星，但火箭在發(fā)射過程中失敗。2008年，美國宇航局部署了一個名為“納米帆-D”的新項目。“Nano-sail-D”是一顆微型衛(wèi)星，僅比一片面包略大。它只攜帶幾塊電池給收音機和電腦供電，沒有其他能源。它攜帶的太陽帆展開時有100平方英尺，比紙還薄，表面鍍了鋁。按照計劃，太陽帆將在衛(wèi)星進入軌道三天后打開。