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光镊(optical tweezers),又称光学捕获(Optical trapping),是利用高度聚焦的激光形成的光学梯度力势阱来对微小颗粒束缚和操纵的一项技术。由于光镊捕获和操纵样品具有非接触性、无机械损伤等优点,目前已广泛用于生命科学、物理学、化学和工程等研究领域。随着研究的深入以及技术的进步,单纯的单光束光镊技术已经具有一定的局限性,随之产生了全息光镊、分时扫描光镊、飞秒光镊以及光镊-拉曼系统等。因此,将光镊系统与其它系统结合,对光镊系统的功能进行一定的拓展,具有重要的意义。 一般来讲,光镊技术比较容易与显微成像技术进行结合,而且在这方面已经有很多的研究成果。本文介绍了光镊与显微成像技术的结合,主要是全内反射显微成像技术,进行了光镊的功能拓展。 全内反射荧光显微镜(total internal reflection fluorescence microscope,TIRF),利用光线全内反射后在介质另一面产生衰逝波的,激发荧光分子以观察荧光标定样品的极薄区域,观测的动态范围通常在200nm以下。因为激发光呈指数衰减,只有极靠近全反射面的样本区域会产生荧光反射,大大降低了背景噪声,帮助研究者获得高质量的成像和较高的分辨率。故此项技术广泛用于细胞表面物质的动态观察,微细结构和单分子成像,如细胞膜上单个蛋白质动力学研究、钙离子探测、药物跟踪和细胞结构成像等。 我们在蔡司全内反射显微镜(Zeiss Laser-TIRF3)的基础上,搭建了一套双光镊系统,从显微镜的右侧相机入口将光束耦合进显微镜,利用一组透镜系统将成像面拉远,进行显微镜成像。其中一束光束是汇聚的,来进行细胞的捕获和操纵,另一束光束在样品面上是离焦状态,样品面上的光斑大小大约为4μm,可对神经细胞进行光诱导实验。在利用光镊研究生物对象的同时,可以实现对其生物活性等其他方面的研究,比如细胞骨架微管及微丝的动态特性、细胞膜上的钙离子浓度的变化以及物质的跨膜运输等,将光镊系统和TIRF进行功能上的耦合。 此外,我们利用上述系统对老鼠的原代海马神经细胞进行了光诱导方面的研究。我们将海马组织直接从老鼠体内取出,进行原代海马神经元的培养,可以较真切的体现其在生物体内的特性。探究了1064nm激光对海马神经细胞生长方面的诱导作用,主要是方向和生长速度的改变这两个方面。探究了不同的激光功率、连续光及脉冲光对其诱导效应的影响,进一步了解其光诱导机制。