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时间飞行法测量光阱刚度的实验研究

周丹丹 任煜轩 刘伟伟 龚雷 李银妹

时间飞行法测量光阱刚度的实验研究

周丹丹, 任煜轩, 刘伟伟, 龚雷, 李银妹
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  • 传统的测量光阱刚度的方法如功率谱法是基于微粒的布朗运动, 适用于直径范围几百纳米到几微米的微球, 在几微米以上并不具有明显优势.本文发展一种时间飞行的方法测量光阱对微球的刚度. 该方法是基于跟踪微粒的运动轨迹获得光阱刚度.通过比较不同功率下, 不同大小以及不同材料的微球的光阱刚度和误差, 结果表明时间飞行法适用于直径范围5-10 μm的微球; 论文中用功率谱法和均方位移法测量了5 μm标准聚苯乙烯小球的光阱刚度与时间飞行法测得的结果作为对比, 由于受相机采集速率的影响, 所测刚度值比理想值偏高, 比较而言, 时间飞行法的测量结果更加接近于真实值, 对于光阱刚度的快速标定有着重要意义. 该方法可以应用在特殊光场分布的激光阱中测量微球的光阱刚度; 在实现细胞层次的力学特性测量中它可避免使用微球作为探针, 为更深层次研究细胞上的复杂单分子过程提供了一个研究手段.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 21073174, 20974107, 31100555)、国家重大科学研究计划(批准号: 2011CB910402) 和中国科学院微重力重点实验室资助的课题.
    [1]

    Zhou R B, Kunzelmann S, Webb M R, Ha T 2011 Nano Letters 11 5482

    [2]

    Morrison E A, DeKoster G T, Dutta S, Vafabakhsh R, Clarkson M W, Bahl A, Kern D, Ha T, Henzler-Wildman K A 2012 Nature 481 45

    [3]

    Qu X H, Wen J D, Lancaster L, Noller H F, Bustamante C, Tinoco I 2011 Nature 475 118

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    Huppa J B, Axmann M, Mortelmaier M A, Lillemeier B F, Newell E W, Brameshuber M, Klein L O, Schutz G J, Davis M M 2010 Nature 463 963

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    Qu X H, Wen J D, Lancaster L, Noller H F, Bustamante C, Tinoco I 2011 Nature 475 118

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  • [1] 降雨强, 郭红莲, 刘春香, 李兆霖, 程丙英, 张道中, 贾锁堂. 低频响及低采样频率下用布朗运动分析法测量光阱刚度. 物理学报, 2004, 53(6): 1721-1726. doi: 10.7498/aps.53.1721
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    [9] 刘春香, 郭红莲, 李兆霖, 降雨强, 张道中, 徐春华, 袁 明. 荧光标记微管的光敏断裂及机理. 物理学报, 2006, 55(1): 206-210. doi: 10.7498/aps.55.206
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    [13] 张志刚, 刘丰瑞, 张青川, 程腾, 伍小平. 空间散斑场捕获大量吸光性颗粒及其红外显微观测. 物理学报, 2014, 63(2): 028701. doi: 10.7498/aps.63.028701
    [14] 钱辉, 陈虎, 严洁. 软物质实验方法前沿:单分子操控技术. 物理学报, 2016, 65(18): 188706. doi: 10.7498/aps.65.188706
    [15] 张志刚, 刘丰瑞, 张青川, 程腾, 高杰, 伍小平. 红外显微观测被俘获吸光性颗粒. 物理学报, 2013, 62(20): 208702. doi: 10.7498/aps.62.208702
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-04-19
  • 修回日期:  2012-06-12
  • 刊出日期:  2012-11-20

时间飞行法测量光阱刚度的实验研究

  • 1. 中国科学技术大学光学与光学工程系, 合肥 230026
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 21073174, 20974107, 31100555)、国家重大科学研究计划(批准号: 2011CB910402) 和中国科学院微重力重点实验室资助的课题.

摘要: 传统的测量光阱刚度的方法如功率谱法是基于微粒的布朗运动, 适用于直径范围几百纳米到几微米的微球, 在几微米以上并不具有明显优势.本文发展一种时间飞行的方法测量光阱对微球的刚度. 该方法是基于跟踪微粒的运动轨迹获得光阱刚度.通过比较不同功率下, 不同大小以及不同材料的微球的光阱刚度和误差, 结果表明时间飞行法适用于直径范围5-10 μm的微球; 论文中用功率谱法和均方位移法测量了5 μm标准聚苯乙烯小球的光阱刚度与时间飞行法测得的结果作为对比, 由于受相机采集速率的影响, 所测刚度值比理想值偏高, 比较而言, 时间飞行法的测量结果更加接近于真实值, 对于光阱刚度的快速标定有着重要意义. 该方法可以应用在特殊光场分布的激光阱中测量微球的光阱刚度; 在实现细胞层次的力学特性测量中它可避免使用微球作为探针, 为更深层次研究细胞上的复杂单分子过程提供了一个研究手段.

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