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可实施旋转控制的新式光钳

导读: 它是利用聚焦的激光束移动微小物体,目前在遗传基因操作和体外受精等生物学领域已被确定是一项行之有效的技术。

  一种可对微小物体实施旋转控制的新式光钳最近由美国圣安德鲁大学公布于世。该方法不仅用在生物学和化学领域,而且还可应用于微机械的能量传输方面。

  光钳是近10年间迅速发展的一项技术。它是利用聚焦的激光束移动微小物体,目前在遗传基因操作和体外受精等生物学领域已被确定是一项行之有效的技术。

  该技术的特点是能控制微小物体的旋转速度。通过对玻璃珠、玻璃棒、仓鼠的染色体进行实验证明,光钳可在生物学领域及微米级马达、搅拌机、离心分离仪这样微型结构的旋转控制方面发挥作用。

  光钳是将激光聚焦在折射率高于周围物体的微型物体上,利用一部分光束在物体中折射时产生的动量变化的技术。研究人员采用两束光,一束光是单纯的平面波,另一束是拉格雷一高斯(LG)光,这是区别于以往方法的关键点。通常的光束的光强度分布为轴对称式,其截ICI呈现单点,而LG光束的截ICI则呈现同心圆的环状群。LG光束的坡印廷矢量相对光束的行进呈螺旋状时,其波ICI也呈螺旋状。一旦LG光束与平面波光束产生干涉,便呈现旋涡状图形。通过改变一束光的光路长度,使干涉图形旋转,从而使微型物体旋转。

  研究人员采用掺Nd的氯化钡激光器作光源,用计算机全息术合成LG光束,进行玻璃珠捕获实验,以7Hz旋转获得成功,所需光能为1mW。此外,通过实验还实现了使玻璃棒旋转的微小搅拌机,可应用十微量液体的搅拌及微机械用部件的旋转。并深入进行了使仓鼠染色体无损旋转的实验,这使得细胞中线粒体等组织的旋转成为可能。

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