1、從光鉗到生醫From Optical TweezersToBiomedical 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,光鉗及光學操控簡介光鉗在生醫上的應用全像光鉗及其在生醫上的應用拉曼光鉗及其在生醫上的應用,雷射光束,樣本溶液槽,Acceleration
2、& Trapping of Particles By Radiation Pressure, A. Ashkin, Phys. Rev. Lett. 1970, p156光壓,Optical Fiber 光纖2009 Nobel Prize 高錕,7,7,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 Trap
3、ping of Particles by Radiation Pressure, A. 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,Observ
4、ation 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, 2003,11,11,Ray Optics Model (R)幾何光學模型,光鉗作用力原理,E. Stelzer,Optical Force Microscopy光子力顯微鏡,13,13,Optical tweezers
5、 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,Rotational control within optical tweezers by useof a rotating apertureAnna T. ONeil and Miles J. PadgettOptics Letter 2002,Bio- Stick-like cell manipulation,光鉗在生醫上的應用(1),圓柱形物體在光鉗下的運動,1m,E-coli 大腸桿菌,在光鉗下的E-coli,紅血球,光鉗在生醫上的應用(2),RBC,單分子操控在
6、生醫中的應用,Michelle D WangAnalytical biotechnology,M. D. Wang, Science 1998 , p902,Combined optical trapping and single-molecule fluorescenceM. 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
7、樣品單一細胞或微生物偵測,光鉗在生醫上的應用(1),雷射波長選擇,綠光雷射鉗住紅血球,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, particle2.58m5m/s,反射式液晶顯示器,27,THE SMALLEST STRIP THE WILLOW IN THE WORLD!,Work of M. Pad
8、gett, 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. GlckstadOpt. 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
9、間的交互作用,35,Optical Vortex 光學漩渦,光學漩渦操控 奈米氧化鐵簇,2010,36,Raman tweezers拉曼光鉗,38,DM2 or BS,CCD,Spectrometer光譜儀,Laser,L,LED,M,M,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,E = h , : Raman shift(cm-1)Wavenumber :cm-1,振動能階,Raman scattering 拉曼
10、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,43,873,953,964,1003,1156,1189,1210,1519,1265,514.5nm laserpower:10mWacquisition time:90s,43,(C-CH3),(CC),(C=C),單一活體高溫藍綠藻菌(TA01)拉曼光譜,-carotene,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,
