光鑷力譜系統(tǒng)精確操控和納米精度位移測量的研究.pdf

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(xiàng)生命活動(dòng)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(xiàng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)間分辨率，并且對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)力學(xué)特性的需求下，依托實(shí)驗(yàn)室精密儀器學(xué)科優(yōu)勢，自主設(shè)計(jì)和建設(shè)了單光源雙光阱光鑷力譜系統(tǒng)，主要研究實(shí)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(gè)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(dòng)力學(xué)特性研究選定單光源雙光阱光鑷的實(shí)現(xiàn)方案。2、完成對(duì)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(shí)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(duì)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(dòng)反射鏡實(shí)現(xiàn)光阱精確操縱，具備恒速和恒力模式。并通過三維微動(dòng)臺(tái)的控制，實(shí)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