光鑷力譜系統(tǒng)精確操控和納米精度位移測量的研究.pdf

1、天津大學碩士學位論文光鑷力譜系統(tǒng)精確操控和納米精度位光鑷力譜系統(tǒng)精確操控和納米精度位移測量的研究移測量的研究Studyonopticaltweezersbasedfcespectroscopywithaccuratemanipulationnanoprecisiondisplacementmeasurement學科專業(yè)：儀器科學與技術研究生：章承偉指導教師：胡春光副教授天津大學精密儀器與光電子工程學院2014年12月中文摘要中文摘要力學

2、量是生物單分子重要的功能參數(shù)，是其進行各項生命活動的基礎。借助單分子技術研究生物單分子的力學特性是科學家為探索生命本質(zhì)而提出的一項重要課題，相關研究成果不僅有助于理解生命的奧秘，也為疾病預防和治療、人類發(fā)明創(chuàng)造等活動提供了新的依據(jù)和思路。光鑷力譜技術是最有力的單分子技術之一，以光學捕獲的形式實現(xiàn)對單分子和生物細胞的捕獲與操縱，具有亞納米的精度和亞毫秒的時間分辨率，并且對生物樣品低損傷，在單分子研究工作中擁有無可替代的重要性。施加外力拉伸

3、生物單分子，通過研究其對外力作用的響應是進行力學特性研究的通用手段，這種研究方式需要準確獲知所施加外力的大小和分子拉伸長度。對于力與位移成正比的光鑷力譜技術而言，擁有精確操縱和納米精度位移測量能力是進行單分子研究的前提。本文在研究生物大分子動力學特性的需求下，依托實驗室精密儀器學科優(yōu)勢，自主設計和建設了單光源雙光阱光鑷力譜系統(tǒng)，主要研究實現(xiàn)光鑷力譜系統(tǒng)的精確操縱和納米精度的位移測量，具體工作內(nèi)容有以下幾個方面：1、研究光鑷技術的基本原理

4、，了解其發(fā)展歷史和應用現(xiàn)狀，為生物大分子動力學特性研究選定單光源雙光阱光鑷的實現(xiàn)方案。2、完成對光鑷重要組成器件的選型，搭建光鑷基本光學結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)光阱捕獲功能，并探討了可能影響系統(tǒng)性能的因素和應對方案。3、比較了光鑷技術中幾種常見的光阱操縱方式，基于NILabVIEW軟件開發(fā)環(huán)境、高性能FPGA數(shù)據(jù)采集卡和壓電驅(qū)動反射鏡實現(xiàn)光阱精確操縱，具備恒速和恒力模式。并通過三維微動臺的控制，實現(xiàn)樣品精密定位。4、詳細研究光鑷技術中涉及到的微粒位移