《光鑷技術》
九旬美國物理學家阿瑟·阿什金因為發(fā)明“光鑷技術”,獲得2018年諾貝爾物理學獎。很多科研界人士甚至壓根沒聽說過“光鑷”這種技術。“光鑷”雖然內涵深奧,但其實稍加簡介就能讓普通人建立概念。今天,我們就先試著讓大家了解一下這個能夠以光的力量來操縱細胞的諾貝爾獎成就。
“光鑷”誕生的發(fā)想——光之力
伴隨著上世紀60年代以來激光束流相關的產生、控制技術的進展,利用光來操作微小物體的“光鑷”隨之登上了歷史舞臺。阿瑟·阿什金教授曾在貝爾實驗室和朗訊科技公司任職,他很早就開始進行光操控微粒的研究工作,并最終于1986年公開了他的第一代“光鑷”。
大家都知道光可以協(xié)助動物產生視覺,可以為植物提供能量來源,可以加熱物體,但是對“光的力學領域”可能并不熟悉。實際上,光鑷正是利用了“光的力”(也譯為光壓、輻射壓等等),并誕生了舉世矚目的成果。
什么是“光的力”?
中學物理中,我們已經了解了光同時具有波和粒子的雙重性質,所謂波粒二象性。與人體被飛來的棒球擊中后產生沖擊一樣,光的粒子即光子在接觸物體后,同樣會對該物體施加力的作用。
你可能會感到奇怪,既然如此,我們?yōu)槭裁礇]有被強烈的日光或者探照燈擊倒在地呢?
這是因為,光的壓力大概僅僅在10億分之一到100億分之一N這個數量級,所以說能用肉身感受到光壓的人顯然是不存在的。
然而,越是微小的物體,就越容易被微小的力所撼動。例如,紅血球、細菌一類人體細胞或者微生物等等都對光壓非常敏感。來自光的微小壓力可以讓微小的物體在不受到積壓破壞的前提下進行移動。
光鑷是如何讓光操控微粒成為可能的
具體來說,光鑷系統(tǒng)一般由照明光路和控制光路構成。
照明光路負責采集成像所需的信號,而控制光路用來控制和限制微小物體的運動??刂乒饴返暮诵氖菂R聚性能特別好的激光束發(fā)射系統(tǒng)。
激光的特性之一就是可以被匯聚到一個十分微小的光斑上,這是普通光源所無法實現(xiàn)的。
對于所要操控的微小物體來說,這種激光束匯聚形成的強聚焦光斑會形成一個類似“陷阱”的機構(稱為三維光學勢阱),微粒將會被束縛在其中。
一旦微粒偏離這個“陷阱”中的能量最低點(即位置的穩(wěn)定點),就會受到指向穩(wěn)定點的恢復力作用,好像掉進了一個無法擺脫的“陷阱”一般。如果移動聚焦光斑,微粒也會隨之移動,因此便能實現(xiàn)對微粒的捕獲和操控。
光鑷技術早已大顯神通
光鑷技術在生物學研究領域已經有了相當廣泛的應用,例如將不同細胞擠壓在一起,或者向細胞中注入微量物質或者微小物體一類場合,都是光鑷大顯身手的時機。
又比如,在環(huán)境科學領域,經常會有區(qū)分水中數種微小物體的需求,利用光鑷可以將各種物質在無損條件下容易地分離,給之后的精密分析創(chuàng)造良好的條件。
此外,在操控的同時,鑒于激光波長良好的穩(wěn)定性和高精度,光鑷還可以同時獲得大量空間測量數據。
一個有趣的應用實例就是,有研究人員利用光鑷測量了驅動蛋白在微管上行走的距離數據,從而推算出驅動蛋白每走一步的能量正好相當于一個ATP水解所釋放的能量,堪稱光鑷操控性和測量性結合的絕好案例。
其實,直到筆者打出“光鑷”兩個字的時候,搜狗輸入法還沒有錄入這個詞組……相信對于絕大多數人來說,光鑷都是一個相當陌生的概念。光鑷技術所代表的一系列微操控技術,的的確確為人類在諸多領域帶來了極為便利的工具。此番斬獲諾獎,雖然出乎大多預測所料,卻也名副其實。相信隨著諾貝爾獎的頒發(fā),光鑷技術必然會在世界范圍內掀起一股科普風潮。
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(一)垂釣
余秋雨
去年夏天我與妻子買票參加了一個民間旅行團,從牡丹江出發(fā),到俄羅斯的海參崴游玩。海參崴的主要魅力在于海,我們下榻的旅館面對海,每天除了在陽臺上看海,還要一次次下到海岸的最外沿,靜靜地看。
海參崴的海與別處不同,深灰色的迷蒙中透露出巨大的恐怖。我們瞇縫著眼睛,把脖子縮進衣領,立即成了大自然凜冽威儀下的可憐小蟲。其實豈止是我們,連海鷗也只在岸邊盤旋,不敢遠翔,四五條獵犬在沙灘上對著海浪狂吠,但才吠幾聲又縮腳逃回。逃回后又回頭吠叫,嗚嗚的風聲中永遠夾帶著這種凄惶的吠叫聲,直到深更半夜。只有幾艘兵艦在海霧中隱約,海霧濃了它們就淡,海霧淡了它們就濃,有時以為它們駛走了,定睛一看還在,看了幾天都沒有移動的跡象,就像一座座千古冰山。我們在海邊說話,盡量壓低了聲音,怕驚動了冥冥中的什么。
在一個小小的彎角上,我們發(fā)現(xiàn),端坐著一胖一瘦兩個垂釣的老人。
胖老人聽見腳步聲朝我們眨了眨眼算是打了招呼,他回身舉起釣竿把他的成果朝我們揚了一揚,原來他的釣繩上掛了六個小小的釣鉤,每個釣鉤上都是一條小魚。他把六條小魚摘下來放進身邊的水桶里,然后再次下鉤,半分鐘不到他又起竿,又是六條掛在上面。就這樣,他忙忙碌碌地下鉤起鉤,我妻子走近前去一看,水桶里已有半桶小魚。
奇怪的是,只離他兩米之遠的瘦老人卻紋絲不動。為什么一條魚也不上他的鉤呢?正納悶,水波輕輕一動,他緩緩起竿,沒有魚,但一看釣鉤卻碩大無比,原來只想釣大魚。在他眼中,胖老人忙忙碌碌地釣起那一大堆魚,根本是在糟踐釣魚者的取舍標準和堂皇形象。偉大的釣魚者是安坐著與大海進行談判的人類代表,而不是在等待對方瑣碎的施舍。
胖老人每次起竿摘魚都要用眼角瞟一下瘦老人,好像在說:“你就這么熬下去吧,偉大的談判者!”而瘦老人只以泥塑木雕般的安靜來回答。
兩人都在嘲諷對方,兩人誰也不服誰。
過了不久,胖老人起身,提起滿滿的魚桶走了,快樂地朝我們扮了一個鬼臉,卻連笑聲也沒有發(fā)出,腳步如勝利者凱旋。瘦老人仍然端坐著,夕陽照著他倔強的身軀,他用背影來鄙視同伴的淺薄。暮色蒼茫了,我們必須回去,走了一段路回身,看到瘦小的身影還在與大海對峙。此時的海,已經更加猙獰昏暗。狗吠聲越來越響,夜晚開始了。
妻子說:“我已經明白,為什么一個這么胖,一個這么瘦了。一個更加物質,一個更加精神。人世間的精神總是固執(zhí)而瘦削的,對嗎?”
我說:“說得好。但也可以說,一個是喜劇美,一個是悲劇美。他們天天在互相批判,但加在一起才是完整的人類?!?br />
確實,他們誰也離不開誰。沒有瘦老人,胖老人的豐收何以證明?沒有胖老人,瘦老人固守有何意義?大海中多的是魚,誰的豐收都不足掛齒;大海有漫長的歷史,誰的固守都是一瞬間。因此,他們的價值都得由對手來證明。可以設想,哪一天,胖老人見不到瘦老人,或瘦老人見不到胖老人,將會是何等惶恐。在這個意義上,最大的對手也就是最大的朋友,很難分開。
兩位老人身體都很好,我想此時此刻,他們一定還坐在海邊,像兩座恒久的雕塑,組成我們心中的海參崴。
(選自《余秋雨散文》)
(二)江雪
柳宗元
千山鳥飛絕,萬徑人蹤滅。
孤舟蓑笠翁,獨釣寒江雪。
(三)漁歌子
張志和
西塞山前白鷺飛,桃花流水鱖魚肥。
青箬笠,綠蓑衣,斜風細雨不須歸。
A.《垂釣》開篇寫海鷗“盤旋”、獵犬“狂吠”、兵艦時隱時現(xiàn),烘托了大海的“恐怖”“凄惶”,為兩位老人的出場作了環(huán)境的鋪墊。
B.《垂釣》中“胖老人”的忙碌與收獲與“瘦老人”的安坐與固守形成鮮明的對比,表現(xiàn)出
C.《江雪》借寫景來抒情,“絕”“滅”“雪”給人靜謐凄寂之感,正好與“寒”的氛圍相合,體現(xiàn)出柳詩骨力峭拔與色調清冷的特色。
D.《漁歌子》中白鷺、紅桃、青笠、綠衣讓色澤鮮明而柔和,氣氛寧靜而又充滿活力,體現(xiàn)了作者著色明麗、用語活潑的風格。
E.兩首詩歌都運用了對比手法:《江雪》“鳥飛”、“人蹤”和“獨釣”形成對比,《漁歌子》“白鷺飛”、“鱖魚肥”和“不須歸”形成對比。
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文中的“幾乎”能否去掉?為什么?
欠債還錢,本是天經地義。父親卻勸“我”不必催促,你認同父親的這種做法嗎?說說你的看法。
“痛痛快快”的交談方式適合人群的性格類型是()。
請你用簡潔的語言說說題目“輕放”的含義。
文章《母親的心》以螃蟹為線索,講述了一個動人的故事。請依據提示,在括號里補全①~⑨段的主要情節(jié)。“我”想吃螃蟹——()——()——母親撈起螃蟹——()
《清塘荷韻》中引用的詩句與荷花無關的一項是()。
依照選文《論真性情》的觀點,請你從下面文化名人或者文學形象中選取一個,結合與其相關的文學作品對他是否有真性情進行評析。陶淵明、蘇軾、《孤獨之旅》中的杜小康
下列的兩個句子分別采用了什么說明方法,有何作用?(1)橋長265米,由11個半圓形的石拱組成,每個石拱長度不一,自16米到21.6米。(2)這些石刻獅子,有的母子相抱,有的交頭接耳,有的像傾聽水聲,千態(tài)萬狀,惟妙惟肖。
小屋的光線()富于科學的時間性,()富于浪漫的文學性。
“閑靜時如嬌花照水,行動處似弱柳扶風。”對這句話分析理解不正確的一項是()。