光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展
光镊技术开辟了单细胞操作与精准检测新途径
光镊技术开辟了单细胞操作与精准检测新途径近年来，光镊技术作为一种重要的生物科技工具得到了广泛关注和应用。
与传统的机械操作方式相比，光镊技术通过操纵光束来控制和操作微小物体，如细胞、蛋白质和DNA等。
这种非接触式的操作方式不仅避免了传统机械操作中可能引起的损伤和干扰，还为科学家们开辟了单细胞操作与精准检测的全新途径。
单细胞操作是生命科学研究领域中的一项基础性工作，它对于研究细胞的特性和功能以及疾病的发生机制具有重要意义。
传统的单细胞操作方法主要包括显微针和机械牵引等技术，但这些方法存在诸多局限性。
显微针微操纵需要高超的技巧和经验，并且容易对细胞造成损伤。
机械牵引则无法精准地控制单个细胞的运动与定位。
光镊技术的出现改变了这一局面，具有高精度和非接触性的特点，可实现对单个细胞的精确操作。
基于光镊技术的单细胞操作主要依赖于光的操控能力。
通过调整光束的形状、强度和方向等参数，科学家们可以实现对细胞的捕捉、固定、移动甚至切割等操作。
例如，他们可以利用光镊技术轻松地抓取和操纵细胞，并将其放置到特定的位置进行研究。
光镊技术还可以控制光束的强度来对细胞进行精确的切割，从而实现单细胞分离和单细胞转录组的测序等工作。
除了单细胞操作，光镊技术还在精准检测领域展现出了巨大的潜力。
传统的检测方法往往需要破坏细胞或者繁琐的操作步骤，限制了其在生命科学研究中的应用。
而光镊技术不仅可以对细胞进行非接触式的操作，还可以对其进行实时监测和成像。
例如，科学家们可以利用光镊技术对单个细胞进行活细胞荧光染色和成像，观察其生命活动的变化。
此外，光镊技术还可以结合其他检测方法，如拉曼光谱和质谱等，实现对细胞成分和代谢产物等进行定量分析。
光镊技术的广泛应用不仅推动了单细胞研究的发展，也为生物医学领域的精准治疗和诊断提供了新的思路和方法。
例如，在肿瘤治疗中，通过光镊技术可以对单个肿瘤细胞进行捕捉和杀灭，从而实现高效的个体化治疗。
此外，光镊技术还可以用于血液分析、细胞筛选和微流控芯片等领域，实现对微小生物和实体的高通量操控和检测。
光镊技术在生命科学中的应用前景
光镊技术在生命科学中的应用前景随着科学技术的不断进步，许多新的技术在不断诞生并应用到各个领域中。
其中，光镊技术便是生命科学中应用广泛的一种技术。
光镊技术是一种将光束和微型机械加工技术相结合的新型技术，其作用是利用光束对微米甚至纳米级别的生物分子进行操控。
在生命科学研究中，光镊技术可以用于分子分离、分析、定位以及微纳制造等方面，目前已成为了生物分子操控的一项重要技术。
一、光镊技术在生物靶点药物研发中的应用光镊技术在生物靶点药物研发中的应用十分广泛。
其作用是通过改变药物分子结构和成分来提高药物的稳定性和成活率。
此外，光镊技术还可以通过光引发的药物控制释放，有效控制药物的剂量和释放时机。
这种技术的应用使得药物的研发效率大大提高，可以更加精准地制订靶点药物研发方案。
二、光镊技术在基因编辑中的应用基因编辑是目前生物学领域中非常热门的研究课题，旨在通过对基因序列的修改来改变生物体的一些特性。
而光镊技术在基因编辑中的应用则是使得基因编辑更加方便和快速。
通过使用光镊技术，研究人员可以精准地改变基因序列，进行高效的基因编辑。
这种技术的应用使得基因编辑的效率得到了大幅提升，可以更加完善地开展基因编辑研究。
三、光镊技术在细胞成像中的应用在生命科学研究中，细胞成像是十分重要的一个环节。
而光镊技术可以通过对细胞进行精确的控制，使得细胞成像更加清晰和准确。
通过使用光镊技术，研究人员可以对细胞的实时动态进行观察和记录，并且可以控制细胞的移动、参与反应等过程。
这种技术的应用让细胞成像在生命科学研究中发挥了更加重要的作用。
四、光镊技术在单细胞组学中的应用在单细胞组学研究中，研究人员需要精确地针对单个细胞进行研究，从而探究基因调控和代谢网络等相关机制。
而光镊技术可以通过对单个细胞的操控和诱导，使得单细胞组学研究更加完善和深入。
通过使用光镊技术，研究人员可以对单个细胞进行操作，包括进行药物的注射、电击、脉冲处理等。
这种技术的应用可以更好地开展单细胞组学研究，实现对单个细胞特性的深入研究。
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展信息工程系 王 坚[摘要] 激光陷阱和控制、操作中性微小粒子的光镊技术是以光的辐射压原理为基础的，利用光与物质间动量的传递的力学效应形成三维梯度光学陷阱。
光压的实际应用在20世纪激光诞生后才得以实现。
由于激光突出的高方向性、高相干性、高亮度产生的辐射压高于一般的光，所以使得基于光压原理的光镊能够被发现并运用。
光镊能够捕获和操纵微米尺度粒子成为捕获操纵粒子独特且有效的手段，并且这种方法在物理和生物科学等领域掀起了一场技术革命。
本文简要回顾了早期光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展，以及当代光镊技术研究的最新成就。
[关键词] 激光陷阱，光镊，激光1． 引言光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具，它如同一把无形的机械镊子，可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作。
光镊的发明正适应了生命科学深入到细胞、亚细胞层次的研究趋势，也为生物工程技术提供了一种新的手段。
仅仅20年光镊的应用已展示其在物理和生命科学领域中无限美好的应用前景。
2. 光镊技术原理2.1光压原理光镊技术是基于光压原理的，光压原理在牛顿和开普勒时期就已经提出来了但是一直都没有什么应用。
光的压力原理早期只有在天文学中有些应用，德国的天文学家开普勒，在17世纪初提出彗尾之所以背向太阳的原因是，其受到了太阳辐射光压的作用力。
因为只有在天文学研究中当光的强度和距离都非常大的时候，光压对物质的影响才会明显的表现出来。
1873年Maxwell 从光的波动理论角度根据电磁理论推导出了光压的存在（电磁辐射压）并且给出了垂直入射到部分反射吸收体表面的光束的光压为：()R cE p +=1 其中,E 为每秒钟垂直入射到12m 上的能量，c 为光速，R 为物体对光的反射系数。
由计算式可以粗略的看出光压与光的动量有关。
从量子理论角度分析，我们可以认为光是由光子组成的，每个光子的能量为γh ，动量为ch γ，我们只能认为光压是光子将它的能量、动量传递给物体的吸收面或者反射的结果。
光镊的技术原理及应用
光镊的技术原理及应用1. 引言光镊是一种利用激光束产生光压力，对微小粒子进行操控和固定的技术。
其原理基于光子的动量，通过调节激光的光束参数，可以实现对微粒子的捕捉、移动、旋转等精确控制。
光镊技术在生物医学、纳米科学、光学通信等领域具有广泛应用。
2. 原理光镊技术的原理基于光子的动量和光压效应。
光子是光的最小单位，具有一定的动量。
当光子射到物体上时，其动量将被传递给物体，使其受到压力。
利用激光束产生的高强度、高聚焦的光场，可以对微小粒子施加足够的光压力，实现对其进行操控。
光镊技术主要基于两种光压效应：反射光压和偏折光压。
反射光压是指激光束射到微粒子表面后，被微粒子反射回去，产生反向的光压力。
偏折光压是指激光束通过微粒子时，由于微粒子对光的折射率不同于周围介质，产生折射现象，使光束偏折，从而产生光压力。
这两种光压效应可以结合使用，实现对微粒子的精确控制。
3. 技术应用3.1 生物医学领域光镊技术在生物医学领域有广泛的应用。
例如，可以利用光镊技术对单个细胞进行操控和研究，包括单细胞分离、单细胞操控、单细胞解析等。
此外，光镊技术还可以用于显微手术，如利用激光束进行准确切割或光凝固，实现微创手术。
光镊技术在生物医学领域的应用有望进一步推动微创手术的发展，并为生物医学研究带来突破。
3.2 纳米科学领域光镊技术在纳米科学领域也有重要应用。
通过调节激光的光束参数，可以对纳米颗粒进行精确的操控和排列，实现纳米技术的发展。
例如，可以利用光镊技术将纳米颗粒按照一定的规则排列，制备纳米材料的光学器件或纳米电路。
此外，光镊技术还可以用于纳米机器人的控制和操纵，推动纳米科学的进一步研究和应用。
3.3 光学通信领域光镊技术在光学通信领域有着重要的应用。
利用光镊技术，可以对光纤中的光信号进行精确的调控和处理，实现光信号的控制和传输。
例如，可以利用光镊技术对光纤中的光信号进行调制，实现光信号的放大或滤波。
此外，光镊技术还可以用于光纤通信系统中的光路选择和光纤连接的调整，提高光通信的可靠性和性能。
光镊原理的应用
光镊原理的应用1. 光镊的定义光镊是一种利用光的特性来控制微观对象的工具。
它利用激光束的聚焦效应，将光束聚焦成一个非常小的光点，并利用光的压阻力或光子的冲击力对微观对象进行操作和控制。
2. 光镊的工作原理光镊的工作原理主要基于下列两个重要效应：2.1 光阱效应光阱效应是指激光束在介质中发生折射、散射等现象，从而形成一种类似于势阱的光学场景。
当微观对象进入光阱时，会受到光的压阻力，并被限制在光束的焦点区域内。
2.2 光压效应光压效应是指光子在物体表面产生的反冲作用力。
当激光束聚焦到微观对象表面时，光子的冲击力会使微观对象受到推动或操纵。
3. 光镊的应用领域3.1 生物学研究光镊在生物学研究中得到广泛应用。
它可以用于操纵和植入细胞，进行单细胞操作、细胞捕获和分类，以及光学镊切、拉伸等细胞操作技术。
3.2 纳米技术在纳米技术领域，光镊可以用于纳米粒子的操纵、定位和组装。
通过调整激光的参数，可以精确控制纳米粒子的位置和方向。
3.3 光学通信在光学通信领域，光镊可以用于对光纤进行修复和调整。
通过调整激光的焦距和功率，可以精确控制光纤中的光信号。
3.4 物理学研究光镊在物理学研究中也扮演着重要角色。
它可以用于单个原子和分子的操作和操纵，以及量子态的控制和测量。
4. 光镊的优势和局限性4.1 优势•光镊可以对微观对象进行非接触式操作，避免了对样品的污染和损伤。
•光镊具有高空间分辨率和灵活的操纵能力，可以实现高精度的操作和控制。
•光镊可以在不同环境中工作，适用于各种复杂样品。
4.2 局限性•光镊在操纵微观对象时受限于光的传播特性，操作范围较小。
•光镊的操纵效果受到光源和光学系统的限制，需要高质量的光源和光学器件。
5. 总结光镊作为一种利用光的特性进行微观操纵和控制的工具，在生物学研究、纳米技术、光学通信和物理学研究等领域都有广泛的应用。
它具有非接触式操作、高空间分辨率和灵活的操纵能力等优势，但也存在操作范围较小和光源、光学器件的限制等局限性。
光的力学效应-光镊原理及应用 《大学物理》系列讲座
激光与微观粒子的相互作用
原子的激光冷却和捕陷
S. 朱棣文 ，C.C.达诺基，
W.D.菲利浦斯
1997年 诺贝尔物理学奖
原子冷却——不停热运动的原子 速度(v =104~ 105cm/s)慢下来
原子的激光冷却—原理图
六束各向同 性激光辐射 与具有热速 度分布原子 气体冷却
原子的激光冷却—实验装置图
(2) 光镊可以穿过透明封闭系统的表层（细胞膜）操控其内 部微粒（细胞器），也可以透过封闭的样品池的外壁，操控池 内微粒，实现真正的无菌操作。使得光镊有‘隔墙取物’之功 能。 (3)光镊是微小力的探针，类似弹簧，是极其灵敏的力传感 器。
激光斑直径mm会聚到μm量级
b
a
单光束梯度力阱—光镊
1986年，美国贝尔实验室的Arthur Ashkin等
人发现：单光束高度聚焦的激光可以稳定的捕
获直径数纳米到数十微米的微粒。 并形象的称之为“光镊”。
首次实现了单光束梯度力阱，即三位光学势阱，
单光束梯度力阱—光镊
a
b
F
Fb
O
a
Fa
R <λ/20
所采用的计算方法：
用瑞利散射的理论进行近似计算
光镊原理
光镊原理
C.第三类粒子（ R ~）介观粒子
在实验中，由于尺度与波长相近的粒子易被很牢
固地捕捉。所以我们经常用这样的粒子作为探测
对象，去研究我们感兴趣的微观现象。
但很不幸，在此尺度内(介观领域)，我们缺少与
之相配的理论，这就给我们带来了数值计算上的 困难。
PT 2 R
y
光镊原理
Y
oM
θ0 X
/
i OM O1
光镊技术的原理及应用
图4 光镊
(b)
测量微粒
布朗运动
的瞬时速
度。(a)实
验装置原
理 图 ;(b)
微的布朗
运动瞬时
速度分布
曲线
1907年，爱因斯坦认为能量均分定理适用于布朗微粒，但是因为单个微粒的瞬时速
度变化太快，所以这个预言难以从实验上直接证明。
2010年，Tongcang Li等人利用两束正交偏振相向传播的光束形成的光阱小球悬浮在
利用光镊捕获微粒，使两微粒在显微镜焦平面附近发生碰撞并直接进行观察。 通过大量的碰撞后两个微粒结合与分散，可得到相互作用的直接信息。
•纳米技术领域
在纳米技术领域，由于光镊能对微米级和纳米级的器件进行非接触 式操纵，因而被用于纳米压印、纳米组装和微纳加工。
图7 纳米组装。a）用光镊将沉在样品池底部的纳米线镊起；b）用光镊将 GaN纳米线和SnO2纳米带镊起，并放置到正确位置，然后用光学激光将二 者熔合。 （Pauzauski等人，纳米器件、电路）
图11 光镊测量细胞膜弹性。(a)光镊拉伸细胞的示意图;(b)用药后细胞膜的变 化量;(c)没有加药细胞膜的变化
图12 光镊技术操控活体动物内的红细胞。 (a)光镊操控小白鼠耳朵毛细血管 中的红细胞示意图;(b)光镊诱导红细胞疏通血管恢复正常血液流动
•分子生物学领域
图13 用光镊操纵单分子体系的模式。（a）单分子的一端粘在光阱中的微球上， 另一端粘在盖玻片上；（b）单分子的一端粘在光阱中的微球上，另一端粘在 吸附在玻璃微针上的微球上；（c）单分子的两端分别粘在两个光阱（双光阱） 中的微球上。
光镊技术的原理及应用
2017年3月22日
光镊技术的定义 原理 实验装置 操纵特点 应用
定义
生命科学研究中的光镊技术
３
虽然处理光与微粒相互作用，严格地说，应该用 光的电磁理论，特别是对尺寸小于光波长的粒子。这 里为了阐明梯度力的概念，形象地揭示出光是如何产 生对微粒的束缚力的，我们以透明介质小球为对象， 采用几何光学近似来考察光穿过介质小球的行为和分 析光作用于物体的力。对于几微米的小球来说，几何 光学模型是合适的近似。
光是一种特殊的物质，它与人类生活的关系非 常密切，伴随着人类文明的发展，人们对光的认识也 越来越深入。光携带有能量和动量，光与物质相互作 用时彼此交换能量和动量，产生各种效应。人们由日 常的经验很容易认识到光携带有能量，光与物质相 互作用使物体的温度升高， 称之为光的热学效应，比 如最重要的天然光源太阳，它的辐射带给地球热能；
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｉｎ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｌｉ Ｙｉｎ－ｍｅｉ Ｌｏｕ Ｌｉ－ｒｅｎ
（Ｕｎｉｖｅｒｉｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｈｉｎａ， Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｈｅｆｅｉ ２３００２６， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｇａｉｎｅｄ ｇｒｅａｔ ｓｕｃｃｅｓｓ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ １８ ｙｅａｒｓ ａｇｏ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｗｉｌｌ ｂｒｉｅｆｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｉｇｈｔ， ｉｔｓ ｂａｓｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｎｏｖｅｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ， ｔｈｅｎ ｉｔｓ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｎ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｌｉｆｅ ｓｃｉｅｎｃｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｇｒｅａｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｉ ｎｌ ｉｆｅｓ ｃｉｅｎｃｅ．
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光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展信息工程系 王 坚[摘要] 激光陷阱和控制、操作中性微小粒子的光镊技术是以光的辐射压原理为基础的，利用光与物质间动量的传递的力学效应形成三维梯度光学陷阱。
光压的实际应用在20世纪激光诞生后才得以实现。
由于激光突出的高方向性、高相干性、高亮度产生的辐射压高于一般的光，所以使得基于光压原理的光镊能够被发现并运用。
光镊能够捕获和操纵微米尺度粒子成为捕获操纵粒子独特且有效的手段，并且这种方法在物理和生物科学等领域掀起了一场技术革命。
本文简要回顾了早期光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展，以及当代光镊技术研究的最新成就。
[关键词] 激光陷阱，光镊，激光1． 引言光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具，它如同一把无形的机械镊子，可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作。
光镊的发明正适应了生命科学深入到细胞、亚细胞层次的研究趋势，也为生物工程技术提供了一种新的手段。
仅仅20年光镊的应用已展示其在物理和生命科学领域中无限美好的应用前景。
2. 光镊技术原理2.1光压原理光镊技术是基于光压原理的，光压原理在牛顿和开普勒时期就已经提出来了但是一直都没有什么应用。
光的压力原理早期只有在天文学中有些应用，德国的天文学家开普勒，在17世纪初提出彗尾之所以背向太阳的原因是，其受到了太阳辐射光压的作用力。
因为只有在天文学研究中当光的强度和距离都非常大的时候，光压对物质的影响才会明显的表现出来。
1873年Maxwell 从光的波动理论角度根据电磁理论推导出了光压的存在（电磁辐射压）并且给出了垂直入射到部分反射吸收体表面的光束的光压为：()R cE p +=1 其中,E 为每秒钟垂直入射到12m 上的能量，c 为光速，R 为物体对光的反射系数。
由计算式可以粗略的看出光压与光的动量有关。
从量子理论角度分析，我们可以认为光是由光子组成的，每个光子的能量为γh ，动量为ch γ，我们只能认为光压是光子将它的能量、动量传递给物体的吸收面或者反射的结果。
实际上当光与物质发生作用的时候，能量的交换引起热效应，使物质产生热膨胀、组织蒸发等现象，一般也伴随一些续发的压力效应，这是次生性的所以我们一般不考虑，也就是说我们认为光压是由光与物质之间的动量的传递而引起的。
如果有单色光正入射到颗粒上，设有N 个光子，则它们的能量和动量分别为ch N Nh γγ和,N 个光子传递给吸收壁的动量为γNh ,传给反射的动量为ch N γ2（⎪⎭⎫ ⎝⎛--c h N c h N γγ设入射方向为正方向），这样我们假定物质的反射系数为R,于是有N 个光子传的动量为： ()()()R cE N R c h N c h RN c h N R +=+=+-1121γγγ，显然这与Maxwell 的电磁推导结论一致。
人们在日常的生活中也能体会到光压的存在，比如有些人在晚上睡觉的时候如果有灯开着的话，他们的眼睛会感到有种无形的压力，使得他们很难入睡。
但是这个力非常的小，人们很难对其进行有效的研究和利用。
由上面推导的理论可以估算当太阳垂直照射大地，若完全被吸收时，所产生的光压仅约为0.6达因/2m ，所以一般的照明灯的光压就更小了。
直到20世纪60年代激光出现后，人们能够利用它强大的光压实现激光陷阱，利用激光陷阱可以加速、减速、改变、操纵甚至可以稳定的俘获粒子。
2.2光镊技术早在1968年，源于对原子操作的需要，苏联光谱学家Letokhov 首先提出利用光场梯度力来限制原子的思想，但他并没有研究出什么实质性成果。
后来美国bell 实验室的A.Ashkin1969年开始关于光与粒子相互作用的研究[]1， 并于1978年A.Ashkin 提出了首个单光束梯度力陷阱的方案。
在此之前早期的光学陷阱要么是由多光束会聚在一点实现，要么就是由与激光传播方向相反的力与激光共同作用实现的。
1986年A.Ashkin 将单束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱就此发明了激光光镊术。
用几何光学模型(R-O 模型)近似，光阱中微粒受到梯度力、散射力和合力用下面的关系式表示： g g Q c p n F •=1 ， s s Q c p n F •=1 ， t t Q c p n F •=1其中1n 为有效折射率，无量纲因子t s g Q Q Q ,,表示各力随光功率变化的比例系数，与微粒的几何外形和微粒在光阱中的位置有关。
要提高光阱的利用率就要提高g Q ，降低s Q ，从而提高t Q 。
激光光镊术(optical tweezers 或laser traps)早期也叫激光捕获术,即利用聚焦的激光束镊操纵细胞、细菌或原子等大约尺度在几纳米到几十微米之间的微小粒子的一项全新的物理技术。
激光光镊技术可运用的粒子非常的多，有：原子、大的分子、10纳米—10微米的小电介质球、甚至还有像病毒、单细胞和细胞内的器官等生命组成的小粒子。
而且激光操纵技术在很多微小粒子的研究领域、微机械领域发挥了极其重要的作用，尤其是生命科学研究中发挥着不可替代的作用。
早期光镊技术运用于生命科学研究时，经常发现有很严重的损伤生命活体情况。
人们分别从物质微粒所处的介质，光的波长，波面的光强分布，以及光的脉冲长短等角度出发解决了这个问题，使得激光陷阱更加的安全、稳定、高效。
随着研究和利用的深入使得人们对光压原理有了更深的理解，人们逐步认识到光对物质的力学作用，是光与物质相互作用过程中动量传递的结果。
光作用到物质上，物质会对光产生折射、反射和吸收。
当把具有一定模式和能量的激光会聚到微米量级的光斑作用在物质上，人们研究得到光线光学理论[]3.2：若忽略物质微粒对光的反射和吸收，光对高折射的物质微粒将产生三维指向光束焦点的梯度力，只要微粒靠近光束焦点，该力就可以将数纳米到数十微米的粒子推向光场最强处，并稳定在那里，随光束焦点的移动而移动。
若物质微粒对光全反射，则每根光线对微粒产生的力指向微粒的几何中心，如果光束的焦点刚好在微粒（一般为球状）的底部所处的平面，小球受到二维且指向光轴的力，否则力是背离光轴的。
若物质微粒对光强烈的吸收时，由于光场分布的非均匀性，光能被微粒吸收后，将在离子的内部产生热量梯度分布，越靠近光轴的温度越高，由温度梯度产生热辐射力将把粒子推离光轴，也就是会排斥微粒。
3.光镊技术的应用早在1970年光镊技术的先锋——贝尔实验室的阿什金(A.Ashkin)就利用多光束激光的三维势阱成功镊起并移动水溶液中的小玻璃珠,之后这一激光镊引起微粒的技术得到不断改进,所能捕获的粒子越来越小。
美国Beckman 研究中心以最快的速度将这项新技术与已经成熟的激光微束光刀耦联起来实现了激光诱导细胞融合，并且利用这个方法研究人类精子的游动，对细胞有丝分裂中后期的染色体进行切割，对其的运动和分布进行深入细致的研究。
又是通过激光光镊Stanford 研究中心于1995年记录到肌球蛋白沿肌动蛋白丝是依序地以10nm 的步距迈进而不是一大步跨越，并且还用激光陷阱测定了此微动力约为5pn 这一研究平息了人们多年来对肌球蛋白运动模式的争议，使得人类对生命中推动力的核心的认识进了一大步。
此外激光陷阱技术在体外受精的辅助、细胞识别、细胞熔解、染色体在细胞分裂时的运动等问题，以及地球引力给植物根带来的影响方面的研究还在进行中。
以Missawa为代表的日本研究组在光阱应用上另辟鼷径，他们设计出了一种“分时装置”使一束光可以形成多达八个独立的光阱，能有效的控制粒子的流动方向、大小以及粒子的空间图案排布。
他们的研究为光镊技术在化学、物理、生物等领域的应用开拓了先河。
光镊可以非接触，无损伤地操纵活体物质，并且它产生的皮牛数量级的力适合于生物细胞、亚细胞以及大分子的力学性质的研究，所以光镊越来越广泛地在生命科学领域运用。
光镊不仅在生命科学中有着广泛的运用，在物理学中他同样也发挥着很重要的作用。
利用激光陷阱可以使原子高密度的集在一起，而且我们可以观察到大量的冷原子以1cm/s的速率运动。
现在人们可以用光冷原子来记录低温，冷原子的技术还被设计应用来提高原子钟的精度。
基于该技术新型的更加精确的干涉计被开发出来，并已成功的提高了地球引力的测量精度；新的高精度的原子透镜被发明了，并运用在光束分析器上，使得一个新的领域原子光学诞生了；更高精度的平板印刷正在研究和开发中。
最近，光镊被用来研究Bose-Einstein凝聚物，Wolfgang Ketterle利用光镊可以将Bose-Einstein凝聚物输运半米的距离。
使用这种光输运法人们可以实现连续的原子激光器。
光镊还被用于研究微粒的Brown运动，带电粒子间的相互作用，以及带电粒子在电磁场中的运动规律。
近年来人们又提出了用光镊来引导微粒输运并且确定空间定位，排列或堆积，构造二维或者三维的微结构，目前国内也有人从事微堆积的研究，比如利用光镊制晶，我国目前天津大学对于该课题的研究处于前列。
4.结束语光镊技术从发明到如今得到了迅速的发展，控制粒子精度的从最初的微米发展到现今的纳米数量级，并且在物理、生物、化学等多学科和微机械领域发挥着及其重要的作用，其中生命科学领域的运用最为广泛。
现在虽然已经有公司推出了光镊系统的商业产品（Cell Robotics,Inc,Albuquerque,NM、SL.Inc）,但是由于其高昂的价格影响了该技术的广泛应用。
目前，我国中国科技大学的李银妹等教授正致力降低价格，使光镊更易于构建和操作方面的研究，并取得了一些进展，由于所研究的对象不同对光镊系统的配置及要求都不同。
所以，适用面广、操纵简便的安全系数高的光镊系统的开发之路还很长。
参考文献[1]A.Ashkin(1970) phys.Rev.Lett.24,156-159[2] A.Ashkin.Forces of a single beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime[J].Biophys.J.,1991,61(2): 569 582[3] S. Sato, Y. Harada, Y. Waseda et al. Optical trapping ofmicroscopic metal particles. Opt. Lett.,1994,19(22):1807 1809。