透镜式锥形光纤光镊捕获力的测量与误差分析开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

最开始,经典光学主要是以电磁辐射本身为研究对象,而近代光学的发展则是以光与物质相互作用为重要的研究内容[1]。自20世纪60年代激光的发明,为人们研究光与物质相互作用提供了一种崭新的光源。

1986年ashkin成功地利用一束强会聚激光束实现了可以移动生物微粒的三维光场,这一发明被形象地称光学镊子或光镊,直到2018年诺贝尔物理学奖授予美国科学家ashkin,以表彰他在“光学镊子的发明及其在生物领域的应用”突破性贡献[2][3][4]

1989年在中国科学技术大学的科学基金资助下,郭光灿教授组织成立了国内第一个光镊技术研究组,2013年他们首次将光镊技术用于动物活体内细胞,开拓了光镊研究活体动物的新领域,使得该技术向医学临床迈出了关键一步。同时在进行另一个研究方向,即利用光镊操控被捏合在单分子上的微米小球来控制单个分子,用光镊提供的皮牛顿力研究生物马达相互作用以及RNA分子结构和功能等[4]

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2. 研究的基本内容与方案

目标:利用流体动力学方法测量透镜式光纤光镊对微粒(如酵母菌)的捕获力,并且分析测量误差

基本内容:1.了解光纤光镊的概念、原理与发展概况;2.学习捕获力的测量方法,如流体力学法、功率谱方法;3.测量不同曲率半径的光纤探针形成的光阱中微粒逃逸速度,根据斯托克斯公式计算出相应的最大捕获力;

拟采用的技术方案及措施:流体力学法;由于光镊的样品一般为悬浮的稀释微粒水溶液,在距离样品室底面适当距离处捕获住1个微粒,然后使溶液相对微粒以一定速度v流动。光阱操纵微粒相对流体运动时,微粒将受到液体的粘性阻力f,f随着粒子的速度的增加而增大.当速度超过一定的临界值,粘性阻力f大于光阱的最大束缚力f时,粒子就会从光阱中逃逸出来.所以最大阱力fmax的测量是基于找出光阱操纵微粒所能达到的最大速度vmax(逃逸速度),fmax的大小等于vmax的粘性阻力fmax,但方向相反[12]。fmax由流体力学中的stokes公式给出,即:

3. 研究计划与安排

第1-2周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需原理和技术。

第3-4周:确定方案,完成开题报告。

第5-6周:方熟悉实验系统构成,优化实验方案。

4. 参考文献(12篇以上)

[1] 李银妹,龚雷,李迪,刘伟伟,钟敏成,周金华,王自强,姚焜.光镊技术的研究现况[j].中国激光,2015,42(01):9-28.

[2] 李银妹.生命科学新技术——光镊原理、技术和应用[m].合肥:中国科学技术大学出版社,1996.

[3] 李银妹,姚焜.光镊技术[M].北京:科学出版社,2015.

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