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(duì)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(shì)阱，光鑷能夠直接對(duì)被捕獲的微米及納米尺度粒子施加皮牛量級(jí)作用力，同時(shí)測(cè)量其定向操縱過程中納米量級(jí)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(shí)對(duì)于其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)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(cè)試系

2、統(tǒng)，該系統(tǒng)利用差分背焦平面探測(cè)方法，最大程度上減小了雙光路空間分離長(zhǎng)度，能夠顯著提高探測(cè)精度和抗擾動(dòng)能力。
　　本論文研究?jī)?nèi)容和成果可歸納為以下幾個(gè)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(duì)比各項(xiàng)技術(shù)在生物領(lǐng)域的具體應(yīng)用，以及各自的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，提出了本論文所述的雙光鑷力譜測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)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(cè)試系統(tǒng)的光路搭建，對(duì)雙光鑷光路進(jìn)行模塊劃分，根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)關(guān)鍵器件的技術(shù)參數(shù)選型，設(shè)計(jì)相關(guān)器件的裝夾機(jī)械結(jié)構(gòu)和樣品臺(tái)結(jié)構(gòu)，對(duì)光路在光學(xué)平臺(tái)上的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。
　　3.分析光路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分—光學(xué)共軛結(jié)構(gòu)，以壓電驅(qū)動(dòng)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(jì)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(duì)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(tái)上安裝的高精度壓電位移臺(tái)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(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行量化。對(duì)于光阱剛度標(biāo)定的不同方法，包括功率譜法、熱運(yùn)動(dòng)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(diǎn)。
　　5.設(shè)計(jì)非生物和生物樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并提出樣品制作方法和實(shí)驗(yàn)流程。分別采用無(wú)包被的1μm和3μm裸硅球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，評(píng)價(jià)系統(tǒng)測(cè)試性能。利用粘附λ-DNA鏈的微粒為樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)可應(yīng)用于生物大分