光鑷力譜系統(tǒng)精確操控和納米精度位移測量的研究.pdf_第1頁
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1、天津大學(xué)碩士學(xué)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(xué)科專業(yè):儀器科學(xué)與技術(shù)研究生:章承偉指導(dǎo)教師:胡春光副教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院2014年12月中文摘要中文摘要力學(xué)

2、量是生物單分子重要的功能參數(shù),是其進(jìn)行各項生命活動的基礎(chǔ)。借助單分子技術(shù)研究生物單分子的力學(xué)特性是科學(xué)家為探索生命本質(zhì)而提出的一項重要課題,相關(guān)研究成果不僅有助于理解生命的奧秘,也為疾病預(yù)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(shù)是最有力的單分子技術(shù)之一,以光學(xué)捕獲的形式實現(xiàn)對單分子和生物細(xì)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(yīng)是進(jìn)行力學(xué)特性研究的通用手段,這種研究方式需要準(zhǔn)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(shù)而言,擁有精確操縱和納米精度位移測量能力是進(jìn)行單分子研究的前提。本文在研究生物大分子動力學(xué)特性的需求下,依托實驗室精密儀器學(xué)科優(yōu)勢,自主設(shè)計和建設(shè)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(shù)的基本原理

4、,了解其發(fā)展歷史和應(yīng)用現(xiàn)狀,為生物大分子動力學(xué)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(xué)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(yīng)對方案。3、比較了光鑷技術(shù)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(xì)研究光鑷技術(shù)中涉及到的微粒位移

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