單分子光鑷力譜系統(tǒng)及其標定方法的研究.pdf

1、單分子光鑷力譜技術的發(fā)展為生物學研究開辟了新領域，有助于對生物細胞基本組成成分的力學特征及其內部分子的工作機制有更新、更精細的了解。利用連續(xù)激光聚焦后產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。經過三十多年的發(fā)展，光鑷力譜技術的應用范圍更加多樣化，同時對于其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度的要求也進一步提高。本論文圍繞這一目標，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。
　　本論文研究內容和成果可歸納為以下幾個方面：
　　1.闡述了應用于生物大分子力學特性研究的單分子技術，主要包括原子力顯微鏡、光鑷和磁鑷，對比各項技術在生物領域的具體應用，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)，并對光鑷技術的基本原理進行理論研究，分析光輻射壓產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，對雙光鑷光路進行模塊劃分，根據系統(tǒng)要求對關鍵器件的技術參數選型，設計相關器件的裝夾機械結構和樣品臺結構，對光路在光學平臺上的空間結構進行布局設計。
　　3.分析光路設計的關鍵部分—光學共軛結構，以壓電驅動反射鏡構成的光學共軛結構為例建立數學模型，分析引起光學共軛誤差的主要因素，為設計高精度光學共軛結構提供高效可行的指導方案。
　　4.對已搭建完成的光路系統(tǒng)進行標定，包括光阱位移和光阱剛度的標

4、定。以樣品臺上安裝的高精度壓電位移臺為基準，借助像素這一中間量，將壓電反射鏡和光阱位移的對應關系進行量化。對于光阱剛度標定的不同方法，包括功率譜法、熱運動平衡方程和流體阻力法分別進行研究，分析比較各自的應用條件和優(yōu)缺點。
　　5.設計非生物和生物樣品進行實驗測試，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鏈的微粒為樣品進行實驗，進一步驗證系統(tǒng)可應用于生物大分