现代光学显微技术发展迅速，超分辨光学显微成像技术分辨率已达到了纳米级别，为生物医学等领域的发展提供了强有力的工具。但是对于微观尺度的研究来说，除了“看得清”，还需要“摸得着”，而光镊就是那只“摸得着”微观粒子的“手”。迄今为止，与光镊技术相关的工作已获得三次诺贝尔物理奖：1997年激光原子冷却技术、2001年玻色爱因斯坦凝聚以及2018年光镊技术。

一束平行激光被显微物镜聚焦后会得到一个微米尺度的光斑。物镜数值孔径越大，聚焦的光斑越小（可以达到几百纳米），其电场强度梯度越大。对于电介质微粒来说，强聚焦光斑就是一个三维光学势阱，微粒会被束缚在其势能最低处。若微粒偏离势能最低点，就会受到指向势能最低点的恢复力的作用。由激光束强聚焦形成的光斑对于电介质微粒来说就像是一个“陷阱”，粒子被捕获在其中，如果移动聚焦光斑，微粒就会跟着光斑移动。这样一个强聚焦光斑可以对微粒实施捕获、移动和旋转等微操控，就像一把“镊子”，因而被称为光镊(Optical Tweezers)。

太阳光孕育了地球上的生命，是地球活动的能量来源。除了能量特性，光还具有动量（即力）的特性。早在17世纪初，德国天文学家Kepler就提出了光压的概念来解释彗星尾巴背离太阳的现象。到了1901年，俄国物理学家Lebedev等人首次在实验上证明了光压的存在。但是，光的力学特性应用直到激光发明后才得到实质的发展。1970年，美国Bell实验室的Ashkin等人首次在实验上利用相向传播的两束高斯光束捕获住了在水中的二氧化硅微球，证明了激光对微粒的散射力。1986年，Ashkin等人利用经高数值孔径聚焦的单束激光实现了对电介质微球的三维捕获，标志着光镊技术的诞生。

光镊的发明为人类研究微观尺度里的相互作用、深入理解微观世界提供了强有力的工具。光镊就是微观世界中的“镊子”，它可以夹持住微粒并控制微粒移动与旋转。光镊又是不一般的“镊子”，由于其利用光去操控微粒，具有无机械接触和低损伤的特点，而且只要选择合适的低吸收波长，特别是近红外波段，光镊对生物组织的热损伤几乎可以忽略不计，因此光镊技术非常适合生命科学领域的研究。

光镊技术自发明以来广泛用于生命科学、胶体物理、化学等研究领域，包括大分子或单细胞的力学特性研究、DNA与蛋白质分子的相互作用（图1(a)）、胶体粒子之间的相互作用、晶体的结晶过程控制等。光镊技术在原子物理学领域也有广泛的应用，其代表就是利用激光来捕获和冷却原子（图1(b)）。

相关参考文献：

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