皮膚科 王修含醫生

雷射光鉗(光學嵌住, Optical trap/ optical tweezers)原理簡介

台大生醫電子與資訊學研究所/ 皮膚科  王修含 醫師

雷射光鉗最早是由Ashkin等人，於1986年發表的技術，可用來研究微米尺度的微粒體，可用來搬動細胞，研究細胞所受的作用力。(A. Ashkin, J.M. Dziedzic, J.E. Bjorkholm and S. Chu. 1986. "Observation of a Single-Beam Gradient Force Optical Trap for Dielectric Particles." Opt. Lett. 11 (5) 288-290. )

原理：(參見下圖b)
以光造成的力對微小物體(如微米尺寸的細胞)操弄，利用高斯分布(Gaussian distribution)的雷射光束照射微粒，會有光的折射，因動量守恒原理，會出現作用力，又因光束為高斯分布，造成光場強度(intensity profile)的差異，光場強度與作用力成正比，因此靠光束中央與光束外緣的作用力不同，產生的合力會將微粒向前推動，並推向光束的中央。



圖片引用自 http://www.stanford.edu/group/blocklab/Optical%20Tweezers%20Introduction.htm

若以單一光束由上方照射微粒，當微粒中心在焦點之下時，合力往上；微粒中心在焦點上方，合力往下。
因此可使用單一雷射光束與操控物鏡，抓住微粒，使它往焦點移動。

若以兩道光束從相對的方向照射微粒，則可固定微粒。

此技術可研究細胞生物學，通常使用近紅外線雷射(near IR lasers)，例如波長1064 nm的銣:雅各雷射(Nd: YAG laser )，因為這個波長的光子能量較低，不會激發電子能階，從而避免破壞生物組織。