产品简介
光镊利用光与物质相互作用时的力学效应工作。一定光强分布的光束可产生捕获微小粒子的皮牛量级力，因而可以像镊子一样夹持、搬运微粒（病毒、细菌、细胞内细胞器、细胞、微纳尺度透明及金属颗粒、微纳马达等）而不引起机械损伤；基于光的穿透特性，还可不破坏粒子表面而深入其内部操作组分粒子。光镊具有非机械接触、低损伤、可操纵对象丰富、可高精度测量微小位移量和作用力等特点，其发明人 Ashkin 因光镊在生物学研究中的巨大成功获得 2018 年诺贝尔物理学奖。
全息光镊（Holographic Optical Tweezers, HOT）的问世是光学捕获领域的一次革命性突破。ST-OTH 基于液晶纯相位型空间光调制器（SLM）作为全息光学元件，对光场进行波前相位整形进而生成光阱阵列：通过计算机实时加载与转换全息图控制光阱位置，通过生成预设形状的全息图案，同时对多个微粒在三维空间实施捕获与操纵，并可对阵列中任意光阱中的微粒进行独立的动态操控。
区别于传统光镊技术，本系统可在单个至多个光阱中添加相位调制，从而生成贝塞尔光束、涡旋光束等特殊模式的焦域光场分布，还可完成对微粒的旋转、输运与分选等操作；每个光阱的采样率不受光阱数目影响。
核心特点
≥100 个光阱同时成阱
空间分束同时生成上百个光阱（而非时序扫描），可同时捕获操控 100 个以上微球或目标，可操控颗粒 1 – 50 µm。
三维空间任意操控
光阱可分布于三维空间任意位置，实现真正的三维捕获与操纵；可对任意光阱中的微粒进行独立动态操控。
高均匀度光阱阵列
光阱阵列具有高均匀度与稳定性，多光阱中粒子可实时动态捕获与微操控，可研究多粒子的复杂运动及相互作用。
特殊光束生成
通过相位调制可生成拉盖尔高斯光束、贝塞尔光束、涡旋光束、艾里光束、厄米特光束，以及菲涅尔透镜、柱透镜、锥透镜、光栅等组合，实现粒子的旋转、输运与分选。
高光效率 SLM
光利用效率 ≥ 97%（@1064 nm），相位调制范围 0 – 2π，1272 × 1024 像素、像元 12.5 µm、有效面积 15.9 × 12.8 mm；可按激光波长选配相应响应波段的 SLM。
内置单光阱高速模块
可选配单路 1 W 1064 nm 高速振镜模块，在二维平面内高速移动单光阱，作为 SLM 在高速移动应用中的补充，实现单点强捕获力操控。
典型应用领域
笼效应
细胞器操控
构象研究
颗粒作用
微颗粒
刺激响应
可操控对象：病毒、细菌、细胞内细胞器（线粒体 / 囊泡等）、单个细胞、微纳尺度透明与金属颗粒、微纳马达，可操控颗粒尺寸 1 – 50 µm；施加作用力：飞牛（10-15 N）至数百皮牛（10-10 N），与生物体系微观作用力范围吻合；操控维度：三维空间任意方向，并可通过特殊光束实现旋转、输运与分选。
技术路线对比
| 对比项 | 传统多光阱光镊系统 | ST-OTH 全息光镊系统 |
|---|---|---|
| 实现方式 | 高速声光偏转器 AOD（Acousto-Optic Deflector） | 纯相位型空间光调制器 SLM（Spatial Light Modulator） |
| 光阱数目及同时性 | 单光阱，时序扫描多光阱 | 空间分束同时多光阱，可达上百个 |
| 操作维度 | 二维方向 | 三维空间任意方向的粒子操控 |
| 可操作性 | 高调制速率（高达 100 kHz），时序扫描，可对多个位置进行精确定位 | 可同时对多个微粒在三维空间进行捕获与操纵；可对任意光阱的微粒进行独立动态操控 |
END
以不同强度的光镊光强对 PMMA 体系小球进行 5 s 扰动，随后观测体系的动态变化；定量计算三维空间与时间上微球的动态移动尺度，通过径向密度分布函数的变化确定笼效应尺寸。研究发现：玻璃化过程体系密度变化是非单调增加的，伴随的输运过程分为两步松弛过程并有明显的弹性多体相互作用。
上排为不同强度下的 Q(t) 曲线，下排为各时刻粒子构型与位移矢量。数据来源：Nature（2020-11-12）
（a）像素构成的光栅图形；（b）突出显示接点的矢量图形；（c、e）光镊引导下粒子在平面基板上组装成直链与正方形（分别编码于 10 与 16 个光镊）；（d、f）在胶体单层上矢量组装成锯齿链与苝状结构（编码于 2 与 4 个光镊）。数据来源：Nature Communications（2017-06-08）
可模仿六方结构的分子形状进行组装：（a）从左至右为胶体苯、芘、苝（比例尺 3 mm）；（b）类似石墨烯的胶体（比例尺 10 mm）；（c）四代分形蜂窝结构（比例尺 3 mm）。数据来源：Nature Communications（2017-06-08）
花粉细胞（三个视角）在全息光镊下的三维旋转操控：通过相位调制改变光阱中粒子的力矩分布，实现对单个细胞的姿态控制与多角度观测，为细胞三维形貌重建与各向异性研究提供手段。数据来源：光镊系统实测案例
END
左侧为拉盖尔高斯光束（涡旋光场）的强度分布，右侧为微粒的三维旋转操控轨迹。数据来源：光镊系统实测案例
暗场成像下 100 nm 金颗粒的散射亮点分布（以广义完美光学涡旋 GPOV 光场照明），单颗粒信噪比高、可逐个分辨。数据来源：光镊系统实测案例
操控软件与计算全息生成
光阱生成与路径规划
设定激光功率与相机参数，生成单光阱或光阱阵列；支持直线、圆形、矩形及自定义路径规划。
力学测量与分析
内置多种力学测量方式，实时力学分析显示，力学测量精度 0.5 pN，支持全息相位投影。
计算全息生成
独立的全息生成模块可产出不同类型相位全息图，适配不同配置的 SLM。
光束整形
生成拉盖尔光束、艾里光束、厄米特光束等特殊模式光束。
衍射光学元件
生成余弦光栅、闪耀光栅、锥透镜、柱透镜、菲涅尔透镜等衍射元件。
三维点阵与自定义组合
可三维空间添加多个光点位置并生成对应相位图；支持光栅与光束、光栅与透镜的自定义组合。
系统模块配置
| 模块 | 配置内容 |
|---|---|
| 全息光镊模块 | 可同时生成光阱 ≥ 100 个，操控颗粒 1 – 50 µm；相位调制范围 0 – 2π；光利用效率 ≥ 97%（@1064 nm）；1272 × 1024 像素、像元 12.5 µm、有效面积 15.9 × 12.8 mm（可按激光波长选配相应波段响应的 SLM）；可动态调节光阱操控力大小 |
| 激光光源 | 1064 nm 激光器（其它波长可选），功率 ≥ 3 W，光束质量 M2 1.2，调制频率 10 kHz，含激光器散热模块 |
| 单光阱高速模块 | 单路高功率 1 W 1064 nm 激光器（其它波长可选），经检流计振镜实现单光阱二维平面内高速移动，可单独进行平面路径规划运动，实现单点强捕获力操控；含数据采集卡 |
| 显微镜主体 | 标准配置 Nikon Ti2-U 倒置显微镜；亦可根据客户实验室现有显微镜提供适配方案及光路接口；配 100× 光镊专用油镜 / 60× 光镊专用水镜 |
| 探测模块 · 方案一 | 工业探测器：分辨率 1920 × 1200、像元 3.45 × 3.45 µm；最快全幅帧频 160 fps，USB 数据接口；操控目标区域 66 × 40 µm（100× 物镜下） |
| 探测模块 · 方案二 | 高灵敏科研级探测器（可做荧光成像）：背照式 sCMOS，2048 × 2048、像元 6.5 × 6.5 µm，峰值量子效率 ≥ 95%；Camera Link 高速接口，全幅帧频最高 100 fps；操控目标区域 100 × 100 µm（100× 物镜下） |
| 操控平台 | CPU i5 以上，内存 > 16 GB，固态硬盘 > 512 GB，独立显卡；27 寸显示器（DP / HDMI，2560 × 1440，刷新率 > 60 Hz） |
三档光镊系统选型对比
| 对比项 | ST-OT1 单光阱 | ST-OT2 双光阱 | ST-OTH 全息光镊 |
|---|---|---|---|
| 光阱数目 | 1 个（独立单光阱） | 2 个（偏振正交、独立控制） | ≥ 100 个（阵列，实时同时） |
| 成阱方式 | 扫描振镜（检流计） | 扫描振镜 + 偏振分束 | 纯相位空间光调制器 SLM 波前整形 |
| 操控维度 | 二维平面 | 二维平面（双点独立） | 三维空间任意方向 |
| 可操控对象 | 单个微粒 / 细胞器 | 两个微粒独立操控 | 1 – 50 µm 颗粒，多粒子并行 |
| 定位精度 | 0.5 nm（可升级 0.1 nm） | 0.5 nm（可升级 0.1 nm） | 相位调制范围 0 – 2π |
| 力学测量精度 | 0.5 pN（可升级至 fN） | 0.5 pN（可升级至 fN） | 0.5 pN（实时力谱） |
| 典型场景 | 单分子 / 单细胞力学、细胞筛选 | 细胞间相互作用、红细胞拉伸 | 多粒子组装、软物质与胶体、特殊光束 |
END
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全息光镊的力能测吗？
能，但比单光阱复杂。每个阱的刚度不同，需要逐个标定；动态重排时阱的位置在变，标定要跟着更新。做精确力谱还是建议单光阱。
100 个阱是同时有效吗？
是同时生成，但总功率被分摊。阱越多、单阱功率越低，捕获力越弱；能抓多少取决于颗粒大小与激光总功率的平衡。
为什么标配 1064nm？
生物样品在 1064nm 吸收与散射都低，光损伤最小。换可见波长会显著增加光毒性，做活细胞实验要谨慎。
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