單分子光鑷力譜系統(tǒng)及其標(biāo)定方法的研究.pdf

1、單分子光鑷力譜技術(shù)的發(fā)展為生物學(xué)研究開辟了新領(lǐng)域，有助于對生物細(xì)胞基本組成成分的力學(xué)特征及其內(nèi)部分子的工作機(jī)制有更新、更精細(xì)的了解。利用連續(xù)激光聚焦后產(chǎn)生的輻射壓力在樣品池中形成穩(wěn)定的勢阱，光鑷能夠直接對被捕獲的微米及納米尺度粒子施加皮牛量級作用力，同時測量其定向操縱過程中納米量級位移變化。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，光鑷力譜技術(shù)的應(yīng)用范圍更加多樣化，同時對于其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度的要求也進(jìn)一步提高。本論文圍繞這一目標(biāo)，搭建了雙光鑷力譜測試系

2、統(tǒng)，該系統(tǒng)利用差分背焦平面探測方法，最大程度上減小了雙光路空間分離長度，能夠顯著提高探測精度和抗擾動能力。
　　本論文研究內(nèi)容和成果可歸納為以下幾個方面：
　　1.闡述了應(yīng)用于生物大分子力學(xué)特性研究的單分子技術(shù)，主要包括原子力顯微鏡、光鑷和磁鑷，對比各項技術(shù)在生物領(lǐng)域的具體應(yīng)用，以及各自的優(yōu)點和缺陷，提出了本論文所述的雙光鑷力譜測試系統(tǒng)，并對光鑷技術(shù)的基本原理進(jìn)行理論研究，分析光輻射壓產(chǎn)生光捕獲力的物理模型。
　　2.

3、完成雙光鑷力譜測試系統(tǒng)的光路搭建，對雙光鑷光路進(jìn)行模塊劃分，根據(jù)系統(tǒng)要求對關(guān)鍵器件的技術(shù)參數(shù)選型，設(shè)計相關(guān)器件的裝夾機(jī)械結(jié)構(gòu)和樣品臺結(jié)構(gòu)，對光路在光學(xué)平臺上的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局設(shè)計。
　　3.分析光路設(shè)計的關(guān)鍵部分—光學(xué)共軛結(jié)構(gòu)，以壓電驅(qū)動反射鏡構(gòu)成的光學(xué)共軛結(jié)構(gòu)為例建立數(shù)學(xué)模型，分析引起光學(xué)共軛誤差的主要因素，為設(shè)計高精度光學(xué)共軛結(jié)構(gòu)提供高效可行的指導(dǎo)方案。
　　4.對已搭建完成的光路系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，包括光阱位移和光阱剛度的標(biāo)

4、定。以樣品臺上安裝的高精度壓電位移臺為基準(zhǔn)，借助像素這一中間量，將壓電反射鏡和光阱位移的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行量化。對于光阱剛度標(biāo)定的不同方法，包括功率譜法、熱運(yùn)動平衡方程和流體阻力法分別進(jìn)行研究，分析比較各自的應(yīng)用條件和優(yōu)缺點。
　　5.設(shè)計非生物和生物樣品進(jìn)行實驗測試，并提出樣品制作方法和實驗流程。分別采用無包被的1μm和3μm裸硅球進(jìn)行實驗測試，評價系統(tǒng)測試性能。利用粘附λ-DNA鏈的微粒為樣品進(jìn)行實驗，進(jìn)一步驗證系統(tǒng)可應(yīng)用于生物大分