瓦力棋牌瓦力

瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX上周推出新品模块化标准光镊系统后，收到很多老师和同学的咨询和反馈，今天给大家演示光镊系统的安装和使用，欢迎继续给瓦力棋牌瓦力给予宝贵的使用反馈和改进意见

标准版光镊系统架构

瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX的标准版光镊系统(STS1)由激光光路、照明光路，成像光路和运动控制四个模块组成：

• 激光光路：780 nm半导体激光器，光斑直径约3.5 mm，光功率50 mW。激光经过两面银膜反射镜反射爬高后，进入光镊系统主光路。利用两片反射镜可以很方便地将光束调整为沿中心光轴竖直入射置物镜内。
• 照明光路：光镊系统内采用瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX给予的标准预准直LED（lem-w1c1），以及配套控制器（lec1-a）作为标准照明光源，光束经过45°放置的反射镜反射从底部照射到样品后，再经过物镜收集进行成像。
• 成像光路：光镊系统内采用瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX给予的标准USB3.0 彩色相机（AIC-502C-USB）作为成像传感器。成像光路中设置一片短波通二向色镜（透过/反射波长：680 nm）。粒子抓取所用780 nm激光经二向色镜反射后进入物镜，再经物镜聚焦后用于粒子抓取；成像用光束照射到样品之后，再经过物镜收集，透过二向色镜后抵达相机成像。相机前方还添加了两片彩色滤光片（截止波长：505 nm），用于消除样品反射的780 nm激光。成像光路配置两款物镜，分别是100X的油浸物镜，NA=1.25；以及60X的空气物镜，NA=0.85。用户可以根据使用场景更换合适的物镜。
• 运动控制：标准光镊系统选用的是瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX给予的标准三轴不锈钢手动线性位移台（DML65S-25LXYZ），配合定制的载物台，可实现样品XYZ三个轴向位移，位移行程均为25 mm。三轴位移最小读数10 μm。

什么是光镊

亚瑟·阿什金（Arthur Ashkin）“由于他所发明的光镊及其在生物系统领域的广泛应用”取得2018年诺贝尔物理学奖，在国际上引起了众多研究者的兴趣，并有助于了光镊技术及其创新应用的出现。

亚瑟·阿什金发明的光镊利用激光去捕获各种粒子。光镊捕获微粒的关键在于光的辐射压力，该压力可以分解为梯度力和散射力。图2为光镊原理示意图。图中，a和b分别表示入射激光的两条边缘光线，经透镜汇聚后照射到微粒表面，经两次折射后改变传播方向，其动量改变产生力Fa和Fb，由于光场强度分布不均匀产生的指向光束焦点的力，称为梯度力，该力的大小正比于光的强度梯度，作用效果使得微粒朝向光强最大处运动。当激光入射到微粒表面时，部分光会在微粒表面产生反射，进入微粒内部的光存在吸收效应，进而产生动量转换，合成的力使微粒向远处推离，此力称为散射力，其正比于辐射强度，即散射力随激光功率的增大而增大，方向指向光束传播方向。当光场梯度足够大时，焦点附近梯度力大于散射力，其合力指向光束焦点，可以实现三维空间内微粒的捕获和操控。

由于光镊在操纵微粒时不直接接触样品，对样品损伤小等优点，使之成为物理、生物、化学等研究领域中的重要工具

如何计算光镊夹持力

微粒在光阱中同时会受到两个作用力：微粒与液体的摩擦力\( F_R \)，以及光阱的夹持力\( F_H \)。光阱夹持力可以定义为维持微粒刚好能被光镊捕获的运动速度\( v_{max} \)所需的力。即：

\( F_{H_{max}}=F_R \)

而微粒在承载液中的摩擦力则与微粒的运动速度\( v \)呈正相关，即速度越快，摩擦力越大。摩擦力\( F_R \)可以由如下公式计算得出：

\( F_{R}=6 \pi \eta_{e f f} R v \)

式中，\( R \)为微粒半径；\( \eta_{eff} \)为有效粘度，表示承载液和微粒的结合程度。每个微粒的\( \eta_{eff} \)都不同，需要根据每个微粒在承载液中布朗运动时的位移值计算：

\( m={2 k_{B} T} / 3 \pi \eta_{e f f} R \)

式中，\( m \)为微粒位移均方值的直线斜率；\( \eta_{eff} \)为有效粘度；\( T \)是单位为开尔文的样品温度；\( k_B \)是玻尔兹曼常数。

因此可以直接计算出光镊中光阱最大夹持力为：

\( F_{H_{\max }}=F_{R}=4 k_{B} T v_{\max } / m \)

瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX标准版光镊系统STS1能给予的最大夹持力为\( pN \)量级。具体数值取决于所使用的承载液以及微粒的性质。

光镊样品制备

样品制备主要分为两步，制备样品溶液和制备观察样品池。这里以石英微球为例简单介绍如何制备测试样品，所需物料见下表

制备样品溶液

a)    打开电子天平，在天平上先放一张称量纸，然后将免洗试剂瓶瓶盖拧下，瓶身放置于称量纸上。电子天平上去皮。

b)   用药匙从石英微球盛放瓶内取出0.01 g粉末倒入免洗试剂瓶内。

c)    用洗瓶向免洗试剂样品瓶中倒入80 g去离子水。

d)   从电子天平上取下试剂瓶，并盖紧瓶盖。

e)   将配制好的样品放入超声波清洗机内，开启超声，使微球在去离子水内部均匀分布。

制备样品池

a)    取出配制好的微粒溶液。

b)   取出一片载玻片，一片盖玻片。用蘸取酒精的无尘布将其擦拭干净。

c)    取出一片切好的双面胶，用尖头镊子将胶带一边的保护纸撕开，将其贴在载玻片中心位置。双面胶为中空的方框，方框内部为样品空间。

d)   用移液枪从玻璃微球溶液瓶内提取溶液，并滴到双面胶中间的样品池位置。

e)   拿起盖玻片，从左至右刮样品池一次，将多余溶液推出样品池。

f)    用尖头镊子将双面胶顶端保护纸撕掉，将盖玻片放置于双面胶带上。

g)   至此，观察样品池制备完成。

石英微球捕获

• 将制备好样品放置于光镊样品载物台夹具上夹紧后，即可以开始进行粒子捕获。粒子捕获操作主要分为以下几个步骤：
• 将标准版光镊系统中的相机顺利获得USB线连接至电脑上。
• 在电脑端打开JCOPTIX相机程序，选择对应相机，开始实时监控。
• 缓慢移动载物台X、Y轴将载玻片上的样品池置于物镜正下方。
• 将激光器和照明LED打开。调节旋钮保证照明光强处于合适强度，保证相机可以高效监控。
• 缓慢拧动Z轴调节，抬升样品。当显示器上第一次看到红色激光散斑，说明载玻片上表面已到达物镜焦平面。继续抬升样品，直至激光光斑消失，此时激光到达溶液层。继续微调Z轴直至相机可以清晰观测到石英微球。注意，使用100X油浸物镜时，需要在样品池上滴一滴物镜观察清油。
• 微调X、Y轴，使石英微球靠近激光阱中心位置。显示器上可以清楚看到微球落入“陷阱”，即石英微球位于光阱的聚焦处，微粒被成功捕获。这时关闭激光器或快速旋拧XY线性位移台微分头，以释放石英微球。由于样品池深度为20 μm，而石英微球直径仅3 μm。所以样品溶液内石英微球呈多层分布。当激光聚焦束腰处于样品池中间或底部位置时，样品池上方运动微球被光阱抓住后，会被光阱向下推入束腰处。在显示器上即显示为微球尺寸的急剧变化。
• 慢慢转动XY轴，拖动石英微球。
• 至此完成石英微球捕获。

注意：

由于两款物镜均为高数值孔径，且工作距离分别为0.21 mm和0.3 mm。选用盖玻片厚度不能超过0.2 mm。

使用100X物镜做光镊实验后，需清洁物镜。即用干净无尘布轻轻擦拭物镜观察面，清除残留油渍。

配制好的石英微球溶液，每次使用前需超声振荡5分钟。