從光鉗到生醫 From Optical Tweezers To Biomedical Application
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從光鉗到生醫 From Optical Tweezers To Biomedical Application. 輔仁大學物理系 陳慧琪. 個人簡歷. 高一修習生物低空掠過，高二後第二類組 中原大學物理系學士 中央大學光電科學研究所博士 萬能、青雲科技大學兼任講師 蒲朗克公司兼任研發工程師 陽明大學博士後研究 輔大物理系助理教授. 合作研究群. 輔仁大學 生科系 呂誌翼教授 物理系 梁君致教授、林更青教授 化學系 楊恩哲教授 中央光電所 鄭益祥教授 師大光電所 鄭超仁所長. 3. 大綱. - PowerPoint PPT Presentation
Transcript of 從光鉗到生醫 From Optical Tweezers To Biomedical Application
從光鉗到生醫
From Optical Tweezers
ToBiomedical Application
輔仁大學物理系 陳慧琪
個人簡歷• 高一修習生物低空掠過，高二後第二類組• 中原大學物理系學士• 中央大學光電科學研究所博士 萬能、青雲科技大學兼任講師 蒲朗克公司兼任研發工程師• 陽明大學博士後研究• 輔大物理系助理教授
3
合作研究群
輔仁大學 生科系 呂誌翼教授 物理系 梁君致教授、林更青教授 化學系 楊恩哲教授中央光電所 鄭益祥教授師大光電所 鄭超仁所長
4
大綱
1. 光鉗及光學操控簡介2. 光鉗在生醫上的應用3. 全像光鉗及其在生醫上的應用4. 拉曼光鉗及其在生醫上的應用
雷射光束
樣本溶液槽
Acceleration & Trapping of Particles By Radiation Pressure,
A. Ashkin, Phys. Rev. Lett. 1970, p156光壓
Optical Fiber 光纖2009 Nobel Prize 高錕
77
Trapping force and microsphere motion in the fiber-optic trapH. C. Chen, Y. T. Chen, Y. J. Chang, A. Chiou, CLEO 2005
光纖光束操控微粒
Dual beam trapping雙光束光鉗
Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure, Pressure, A. Ashkin Phys. Rev. Lett. 24, 156, 1970A. Ashkin Phys. Rev. Lett. 24, 156, 1970
LaserBeam 1
LaserBeam 2
9
Optical force光學力
Gravitational Force重力
Optical Levitation By Radiation PressureA. Ashkin, J. M. Dziedzic, Appl. Phys. Lett. Vol. 19,
#8, 283,1971光學漂浮
Single beam trapping單光束鉗住
LaserBeam
Observation of a Single-BeamGradient Force Optical Trap for
Dielectric ParticlesA. Ashkin, et al, Opt. Lett. V11, 288, 1986
High NA
A revolution in optical manipulation,
D. G. Grier, Nature, 810, 2003
1111
∆P
ar+at
ai
Ray Optics Model (R>λ)幾何光學模型
光鉗作用力原理
Objective
n1
n2>n1
Laser beam
∑F
n2
ai
arat
E. Stelzer
Optical Force Microscopy光子力顯微鏡
1313
Optical tweezers system 光鉗系統
100倍高度聚焦顯微物鏡
紅外光雷
射綠光雷
射
Optical manipulation光學操控
2μm
Rotational control within optical tweezers by useof a rotating aperture
Anna T. O’Neil and Miles J. PadgettOptics Letter 2002
Bio- ~ Stick-like cell manipulation
光鉗在生醫上的應用 (1)
紅血球光鉗在生醫上的應用 (2)
RBC
單分子操控在生醫中的應用
Michelle D WangAnalytical biotechnology
M. D. Wang, Science 1998 , p902
Combined optical trapping and single-molecule fluorescence
M. J. Lang, et.al. J. Biology, 2003, 2: 6.
The Optical Stretcher 光學延伸器 , 2000細胞膜彈性量測
Single Fiber Trapping
R. S. Taylor and C. Hnatovsky, Canada, 2003
• 適當的選擇波長，不傷害生物樣品• 單一細胞或微生物偵測
光鉗在生醫上的應用 (1)
光子入射被吸收
光子與物質的交互作用
自發放射，物質放射出光子
激發放射，物質吸收光子，放射出 2個一樣的光子
25
Holographic tweezers全像光鉗
26
電腦全像光鉗 - 多微粒操控 2004魏名佐，楊坤達，張耀仁，陳慧琪，邱爾德 國立陽明大學生醫
光電所林政宏 國立台灣大學光電所 ; 何恭璿 工業技術研究院光電所
45mW, particle~2.58μm5μm/s反射式
液晶顯示器
27
THE SMALLEST STRIP THE WILLOW
IN THE WORLD!
Work of M. Padgett, Glasgow Uni, UK
3-D 操控
Real-time three-dimensional optical micromanipulation of multiple particles and living
cellsP. J. Rodrigo, V. R. Daria, J. Glückstad
Opt. Lett. 2004, p2270.
Pattern formation(1)
Pattern formation(2)
光子晶體製作
奈米製造
100nm
微流道應用
Lab on the Chip
引導神經再生 ,2009, DJ Carnegie
奈米粒子與生物細胞間的交互作用
生物細胞
溶液
奈米粒子簇
35
Optical Vortex 光學漩渦
Raman tweezers拉曼光鉗
38
DM2 or BS
CCDCCD
Spectrometer光譜儀
Spectrometer光譜儀
高倍率高度聚焦顯微物鏡
M
Laser Laser L
LEDM
M
CCD
L
L
DM1
IF
Laser tweezers Raman spectrumLTRS system拉曼光鉗系統
光子入射被吸收
光子與物質的交互作用
自發放射，物質放射出光子
激發放射，物質吸收光子，放射出 2個一樣的光子
40
ν
ν
ν – ∆ν
ν + ∆ν
∆E = h ∆ν,
∆ν : Raman shift(cm-1)
Wavenumber :cm-1
振動能階
v=0
v=1
Rayleighscattering
StokesRaman
scattering
Anti-StokesRaman
scatteringFluorescence螢光
v=0
v=1v=2
無輻射躍遷
基態 h ∆ν
Raman scattering 拉曼散射
41
Raman spectroscopy in astrobiology, S. E. Jorge, 2006
拉曼光譜在太空生物學的應用
42
Thermosynechococcus elongatus
高溫藍綠藻菌
43
87 3
95 396 410
03
115
611
89
121
0
151
9
126
5
514.5nm laserpower:10mW
acquisition time:90s
43
δ(C-CH3)
ν(C–C) ν(C=C)
單一活體高溫藍綠藻菌 (TA01)拉曼光譜
β-carotene
Resonance
44
oil-producing microalgal cells產油微生物
不飽和指防酸 : EHA, DHA…. 飽和脂肪酸
45
單一活體產油微生物拉曼光譜
514.5nm laser
Thanks for your attention
