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ST-OT1 单光阱光镊系统
05 显微镜与操控 · 光镊

ST-OT2 双光阱光镊

2 个独立光阱(偏振正交) · 定位 0.5 nm · 力学 0.5 pN · 相对测量消漂移

双光阱独立0.5 nm 定位0.5 pN 力学相对测量1064 nm

产品简介

ST-OT2 在单光阱的基础上加一路偏振正交的光阱:两个阱独立定位、互不干扰,可以在两点同时施力。关键增量是「相对测量」——两端都由光阱抓住,基底漂移被共模抑制,力—位移曲线比单端固定干净得多。典型场景是细胞间黏附力、DNA/RNA 双端解链与红细胞膜弹性。

核心特点

1

两个独立光阱

偏振分束 + 扫描振镜,两个阱各自定位、互不干扰;可同时捕获两个细胞、两个微球或细胞与功能化微球。

2

相对测量,消基底漂移

两端都悬空,样品台漂移与液体流动对两个阱是共模的,差分后自然抵消;解链力谱里的台阶因此更清晰。

3

亚纳米定位 + 皮牛测力

与单光阱同级的 0.5 nm 定位(可升级 0.1 nm)与 0.5 pN 力学精度(可升级 fN)。

4

双端拉伸的几何优势

两个阱可沿任意方向拉开,不依赖基底固定,避免了「一端粘在玻片上」带来的多结合点与力路径不清问题。

5

同平台可升级

与 ST-OT1 共用激光、物镜、探测与软件平台,后续要加第三路或换全息模块,光路不用推倒重来。

原文出处:以下对应规格书的核心指标。

主要技术参数

指标名称参数值
激光光源1064 nm(可提供其它定制波长)
光阱操控数目2 个(偏振正交、独立控制)
成阱方式扫描振镜 + 偏振分束
操控维度二维平面(双点独立)
操控目标区域70 µm × 55 µm
操纵定位精度0.5 nm(可升级至 0.1 nm)
位移测量精度2 nm(100 kHz 采样)
力的测量精度0.5 pN(可升级至 fN)
可操控对象两个微粒独立操控;病毒、细菌、细胞器、单细胞、1–50 µm 颗粒
显微镜兼容Nikon / ZEISS / LEICA / OLYMPUS 正置或倒置,亦可适配客户现有显微镜
物镜配置100× 光镊专用油镜 / 60× 光镊专用水镜
探测模块(标配)1920 × 1200、3.45 µm 像元、160 fps、USB
探测模块(可选)科研级 sCMOS 2048 × 2048,峰值 QE ≥ 95%
典型场景细胞间相互作用、DNA/RNA 双端拉伸、红细胞膜弹性测量

数据出处:以下参数引自 ST-OT2 产品彩页与三档光镊选型对照表。

选型要点

1什么时候双光阱是必需的?

当「一端必须自由」时。细胞黏附力测量要把两个细胞分别抓住再拉开,任何一端粘在基底上都会引入额外的多结合点;DNA 双端解链要两端同时施力才能得到对称的力—延伸曲线。这两种实验单光阱做不了,或做出来解释不清。

怎么选双端施力 → ST-OT2

2两个阱会不会互相干扰?

用偏振正交分离两路,配合振镜独立定位,两个阱在空间上可独立移动。距离很近(几微米内)时仍会有光学串扰,需要在标定里扣除;常规细胞尺度(10–20 µm)不成问题。

3要不要加第三路?

三路以上、或需要同时操控几十个粒子,走全息光镊(SLM 空间分束)更合适;双光阱的定位刚度更高,适合需要精确测力的两点实验。

怎么选多粒子并行 → 全息光镊

常见问题

ST-OT2 两个光阱的间距能调多少?
在 70 µm × 55 µm 操控区内独立定位,间距由软件设定;实际可用范围受物镜视场与两路光斑串扰限制。
能同时测两个方向的力吗?
可以。两路各自有位置探测,输出两路力—时间曲线,相对测量时取差分。
红细胞膜弹性怎么测?
两个光阱分别抓住红细胞两侧,沿直径方向拉伸,实时记录力—位移曲线,反演膜弹性模量与形变恢复过程。
和 ST-OT1 的软件一样吗?
同一套操控与路径规划软件,双阱模式下多一路光阱参数与独立路径。
能不能升级成三阱?
光路平台预留扩展位,具体按配置评估;三阱以上建议直接选全息方案。

典型应用与配置要求

01 单分子核酸双端拉伸与解链

DNA / RNA 双端拉伸、解链与构象转变力学

应用原理把一段核酸的两端分别连在两个微球上,两个光阱各抓住一个球,反向拉开即可直接测量分子所受的力与伸长。力—伸长曲线上的平台与跳变对应 DNA 的过伸转变、发夹解链、蛋白结合等事件;双端拉伸消除了单端固定带来的基线漂移,是这类实验的标准范式。

对设备的要求① 两个独立光阱,位置与刚度分别可调;② 亚纳米定位与纳米级位移分辨,才能看到碱基对尺度的步进;③ 皮牛级力分辨,核酸过伸转变的力平台约 65 pN;④ 力与位移同步采样,采样率不低于 100 kHz;⑤ 1064 nm 激光,避免蛋白质与核酸的光损伤;⑥ 与微流控通道对接,便于换缓冲液。

本型号如何满足ST-OT2:偏振正交双光阱,两个阱位置与强度独立控制;操纵定位精度 0.5 nm(可升级 0.1 nm)、位移测量精度 2 nm@100 kHz、力测量精度 0.5 pN(可升级 fN);1064 nm 激光标配 3 W,可升级 5 W 以取得更高捕获刚度;操控区域 70 μm × 55 μm,配 100× 光镊专用油镜或 60× 水镜。

相对优势双阱一次成型、无需两次装调,力—伸长曲线直接给出相对位移;标配软件可规划两条独立路径,拉伸、回程与弛豫在一个脚本里跑完,适合做统计分布而不是单条曲线。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2;双端拉伸须选 OT2

方法出处Bockelmann 等,《Unzipping DNA with Optical Tweezers: High Sequence Sensitivity and Force Flips》· Biophysical Journal · 2002 · DOI 10.1016/S0006-3495(02)75506-9

02 分子马达步进与动力学

驱动蛋白、肌球蛋白等分子马达的步进测量

应用原理把马达蛋白固定在微球或基底上,用光镊抓住其牵引的微管或肌动蛋白丝,施加一个反向的低刚度力,马达每前进一步都会在位移信号上留下纳米级台阶。台阶高度给出步长,台阶随力的分布给出力学—化学耦合常数。

对设备的要求① 位移分辨优于 2 nm,步长通常 8 nm 上下;② 采样率 100 kHz 量级,才能分辨毫秒级驻留;③ 低刚度光阱(0.01–0.1 pN/nm),否则马达拉不动;④ 长时间稳定,记录常在分钟级;⑤ 与荧光通道共用光路,标定马达位置。

本型号如何满足ST-OT1:单光阱,扫描振镜二维控制,定位精度 0.5 nm(可升级 0.1 nm)、位移测量精度 2 nm@100 kHz、力测量精度 0.5 pN;激光功率 1 W / 3 W 可选,低功率档即可满足低刚度需求;探测模块标配 1920×1200、3.45 μm、160 fps 工业相机,可选 sCMOS(2048×2048、峰值 QE ≥95%)。

相对优势单阱系统光路简单、刚度标定链短,做步进统计时噪声底更低;软件按直线或自定义路径规划,可做恒力钳位的往复扫描。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2

方法出处Svoboda 等,《Direct observation of kinesin stepping by optical trapping interferometry》· Nature · 1993 · DOI 10.1038/365721a0

03 红细胞膜弹性与细胞力学

红细胞膜弹性模量与形变恢复的双点测量

应用原理红细胞没有细胞核与细胞器,膜骨架的弹性直接决定它能否挤过毛细血管。用两个光阱分别抓住细胞两侧(或细胞与功能化微球),沿相反方向施加皮牛级力并记录形变,由力—位移曲线反演膜剪切模量与弯曲模量;撤力后的恢复过程反映膜骨架的重组。

对设备的要求① 双点施力,且两点力可独立读;② 力分辨 0.5 pN 量级,红细胞变形所需力在几十皮牛;③ 位移分辨纳米级,形变量常在微米级但弹性的线性段很小;④ 1064 nm,避免血红蛋白吸收与光热损伤;⑤ 与明场/荧光成像同步,实时看形态。

本型号如何满足ST-OT2:双光阱偏振正交、独立控制,力测量精度 0.5 pN(可升级 fN)、位移 2 nm@100 kHz、定位 0.5 nm;1064 nm 激光 3 W 标配、5 W 可选;配 60× 光镊专用水镜可浸没观察活细胞;探测模块可选 sCMOS(2048×2048、QE ≥95%、全幅 100 fps)。

相对优势两个阱一锚一拉,相对位移直接读出,不必假设基底刚性;力—时间曲线实时显示,膜弹性与恢复时间常数在一次拉伸里同时得到。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2;双点拉伸须选 OT2

方法出处Hénon 等,《A New Determination of the Shear Modulus of the Human Erythrocyte Membrane Using Optical Tweezers》· Biophysical Journal · 1999 · DOI 10.1016/S0006-3495(99)77279-6

04 细胞间黏附与受体—配体结合力

细胞—细胞、受体—配体的单分子结合力测量

应用原理一个光阱固定住一个细胞或包被配体的微球作为力学锚点,另一个光阱拉住另一个细胞或受体修饰微球,以恒定速度分离,直到结合键断裂。断裂力随加载速率的分布经动态力谱模型拟合,可得到零力下的键寿命与结合能垒。

对设备的要求① 双阱独立、间距可精确控制;② 力分辨 0.5 pN,单键断裂力在几十皮牛;③ 加载速率可设且可重复;④ 长时间稳定,一次实验要重复上百次;⑤ 可选光刺激通道,研究激活对黏附的调控。

本型号如何满足ST-OT2:偏振正交双阱、独立路径规划;力测量精度 0.5 pN、位移 2 nm@100 kHz;3 W 激光(可升 5 W)提供足够捕获刚度;可选四通道数字光处理投影系统,在双阱操控之外叠加图案化光刺激,实现光遗传学刺激与力学测量同步。

相对优势四通道投影与捕获光路共轴,加装后不改变原有捕获与力学性能,可先买双阱、后期再扩;软件可按脚本自动完成"靠近—接触—保压—分离"循环,把上百次重复变成批处理。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2;双点测量须选 OT2

方法出处Florin 等,《Adhesion Forces Between Individual Ligand-Receptor Pairs》· Science · 1994 · DOI 10.1126/science.8153628

05 软物质与微流变

胶体、聚合物溶液的局部黏弹性测量

应用原理把一个探针微球用光阱固定在样品内部,对光阱位置施加正弦或阶跃调制,测量微球的实际位移响应;由位移与力的相位差和幅值比,算出局域复剪切模量。这就是主动微流变,可以在不接触容器壁的情况下测几微米范围内的黏弹性。

对设备的要求① 光阱刚度可标定、可调制;② 位移测量噪声低,探针位移常在纳米级;③ 调制频率覆盖 0.1–100 Hz;④ 与视频追踪或 QPD 同步;⑤ 光阱位置可编程,做多点扫描。

本型号如何满足ST-OT1:单光阱 + 扫描振镜,定位 0.5 nm、位移 2 nm@100 kHz;操控区域 70×55 μm,可在同一视场内换点测量;软件可设定激光功率与路径,生成直线、圆形、矩形及自定义轨迹,正弦调制直接由路径规划给出。

相对优势扫描振镜做亚微米级正弦调制比压电台更线性,频率上限也更高;单阱配置成本低,适合把微流变做成常规表征而不是一次性实验。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2

方法出处Cicuta 等,《Microrheology: a review of the method and applications》· Soft Matter · 2007 · DOI 10.1039/b706004c

06 微纳颗粒与金属颗粒捕获

微米/亚微米颗粒、金属纳米颗粒的捕获与排列

应用原理聚焦激光的梯度力把高折射率颗粒拉向光强最大处。介电微球靠梯度力稳定捕获;金属颗粒还叠加了局域等离激元的增强散射与光热效应,需要更高功率与更谨慎的波长选择。捕获后可用振镜把颗粒搬到指定位置,做二维排列或组装。

对设备的要求① 高数值孔径物镜,把光斑压到衍射极限;② 功率可调,金属颗粒需要更高捕获力;③ 定位精度优于百纳米,做排列时才不会错位;④ 成像与操控同步,实时看到捕获状态;⑤ 可换波长,避开颗粒的吸收带。

本型号如何满足ST-OT1:1064 nm 激光,1 W / 3 W 可选;配 100× 光镊专用油镜或 60× 水镜;定位精度 0.5 nm、操控区域 70 μm×55 μm;探测模块 1920×1200、3.45 μm、160 fps,可选高灵敏 sCMOS。可提供其它定制波长以适配不同吸收特性。

相对优势振镜扫描成阱,阱的位置由软件给出而不靠机械位移台,做二维点阵排列时重复定位好;单阱系统换样品、换波长都快,适合方法开发阶段。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2

方法出处Svoboda 等,《Optical trapping of metallic Rayleigh particles》· Optics Letters · 1994 · DOI 10.1364/OL.19.000930

07 细胞器操控与单细胞分选

胞内细胞器拖拽与单细胞无损分选

应用原理光镊可以在不刺破细胞膜的前提下,抓住胞内的叶绿体、线粒体、脂滴等细胞器并拖拽,研究细胞器间的相互作用与运输;也可以整细胞捕获,把目标细胞从混合悬液中挑出、搬到指定孔位,全程无接触、无标记。

对设备的要求① 1064 nm,细胞存活率高;② 力足够拖动整细胞(几十到几百皮牛);③ 亚微米定位,避免拖动时撕裂细胞;④ 与倒置显微镜兼容,能长时间观察;⑤ 操作界面直观,生物用户可上手。

本型号如何满足ST-OT1:1064 nm(已证明对生物样品基本无损);激光 1 W / 3 W 可选;定位 0.5 nm、操控区域 70×55 μm;模块化设计可适配 Nikon / ZEISS / LEICA / OLYMPUS 正置或倒置显微镜,也可基于客户现有显微镜做适配;软件可规划路径,批量搬运。

相对优势不改变客户现有显微镜的成像光路,只在相机端口加装即可,荧光通道照常使用;单细胞分选不需要流式的高压与鞘液,对剪切敏感的细胞更友好。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2

方法出处Norregaard 等,《Manipulation and Motion of Organelles and Single Molecules in Living Cells》· Chemical Reviews · 2017 · DOI 10.1021/acs.chemrev.6b00638

08 光镊与拉曼、荧光联用

捕获状态下同步采集拉曼/荧光光谱

应用原理光镊把单个颗粒或细胞固定在光斑中心,等于给光谱仪提供了一个位置稳定、背景可控的样品点;同一物镜既聚焦捕获光又收集散射/荧光,就能在捕获状态下连续采集拉曼或荧光,研究颗粒在受力、聚集、相变过程中的光谱变化。

对设备的要求① 捕获光与激发光共轴,且波长可分离;② 样品位置漂移小于衍射极限;③ 与光谱仪/相机同步触发;④ 可扩展光刺激通道,做"操控 + 刺激 + 探测"三合一;⑤ 光路模块化,便于后期加装。

本型号如何满足ST-OT2:双阱可作为"一个固定、一个施力"的锚点结构,另一路自由口接光谱仪;可选四通道数字光处理投影系统做图案化刺激,与捕获光路共轴,加装不改变原有捕获与力学性能;整机模块化,可适配主流正置/倒置显微镜。

相对优势捕获与光谱共用同一物镜,避免了两台设备对接时的定位误差;四通道投影可整体升级也可后期加装,实验方案能从"只测力"逐步长到"力—光谱—光刺激"同时测。

适用型号:ST-OT1 / ST-OT2

方法出处Lukose 等,《Optical tweezers combined with micro-Raman investigation of alcohol-induced changes on single, live red blood cells》· Journal of Raman Spectroscopy · 2019 · DOI 10.1002/jrs.5638

ST-OT1 单光阱光镊系统彩页

3 页 · 1.4 MB

  • 产品简介
  • 核心特点(6 项)
  • 典型应用领域(6 类)
  • 主要技术参数(17 项)
  • 标配与可选配置

含三档光镊(OT1 / OT2 / OTH)的选型对照表。

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