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光学微处理技术

更新日期:2006-08-20  作者:  来源:

  千分之一毫米的微观世界,已超出了我们眼睛的分辨能力。借助与光学显微镜,我们观察到了奇妙微观世界,微米、亚微米层次上物质的大小结构和形貌。为了进一步研究其性能,我们试图想去般弄它们,但一切传统的工具都显的如此笨拙,特别是对有生命的细胞越发无能为力了。
  光学微处理技术是指微米 亚微米层次上对微小物体进行显微操纵和显微加工的技术。光学微处理器包括光学微操作器-光镊,和光学微加工器-光刀。光镊与光刀相结合构成光学微处理机械装置从而实现微米量级的光学微处理技术。
  作为微机械领域一个新兴分支-光学微处理技术的掘起应该归功于激光的发明。60年代激光一问世 ,人们就注意到利用激光的光束特性进行精密加工,高功率激光束可以聚焦到亚微米尺寸小的光斑,显然非常适合用于微米、亚微米尺度的加工。如激光手术刀进行细胞钻孔切割加工,开拓了光学微加工的先河。近十几年来由于光镊的诞生大大推进了光学微处理技术的发展。利用光学微处理工具箱内新添的这把光学镊子,可以自如地夹持和操纵微米粒子,是目前操控活细胞的唯一的手段,光镊还具有微传感和微探针功能。
  由于光刀和光镊本身固有的相容性,它们配合在一起,相得益彰,使得光学微处理技术 日趋成熟自成体系。特别是在传统微机械难以胜任的微米粒子处理方面,现在的光学微处理技术恰能运作自如,成为不能或缺的一种独立的技术。
  强会聚的激光微束是一个张角很大的光锥体。当它们作用于物体时,只有光强密度最大的光锥尖处,也就是会聚光束的焦点处才能对物体显示出明显的作用效果,远离焦点,光强密度迅速减小。因此,有效作用区域仅为激光焦点附近的很小的微米范围。如图a所示,激光精确作用于物体表面,使物体表层达到预期加工效果。如图b所示,激光束穿过物体表层深入到内部进行有效的局部加工,此刻远离焦点的光束由于光强太小 对物体的其他部分已不起作用。    
  多数情况下对所给的物体总能找到合适的可以透射的波长。尽管它是力学封闭性的,但却对光开放。强会聚的激光微束(光镊或光刀)具有不打开物体,对一个力学封闭体系内部的结构进行精细操作、微扰或选择性破坏的能力。这一技术应用于生物学近十年之后,为生命科学的研究提供了一重要工具。利用光镊与光刀非接触式对粒子无侵害性、高度定点定位操作,在空间和时间能达到的微米精度和纳秒速度,尤其是可以不损伤物体表面而深入其内部进行微操作或微加工等特点,特别适合于用来控制对生物体造成特定的损伤和干扰,达到改变其生物性状的目的。
  光镊和光刀的联合操作,可实现对粒子的捕获、牵拉、切割和打孔等各种微操控与微加工。无疑为微米量级的粒子研究,是细胞生物学、分子遗传免疫学、基因工程、生物光谱等领域中研究单个细胞或细胞器的重要工具。
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