光镊原理及应用教学大纲

光银原理及应用16学时/1学分英文译名:Opticaltweezerstheoryandapplication适用领域：光学工程、光学教学目的：激光生物学是多学科交叉的新兴学科,其中以激光微束光阱效应为基础的光镒技术是生命科学和生物工程研究的有力工具,已成为当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。是光子技术和生命科学相互交叉与渗透而形成的一门新的边缘学科。课程教学目标：通过学习光锻在生命学科及其他应用领域中的作用与地位,逐步树立科学的世界观,促进综合素质的提高;帮助学生获得光镣的基本知识,掌握光镜相关技术。通过课程小论文与研讨,让学生了解本学科的开展前沿,培养学生的创造型思维;开放式的教学,提高学生的综合分析和解决问题的能力。教学方式及学时分配:教学方式1)教学与科研结合,激发学生的求知欲2)专家讲授与教师专题讲座相结合,拓展学生知识面3)理论与实践结合,加强学生实验技能的训练4)中、英双语教学相结合,提高学生国际交流能力5)撰写专题调研报告,培养学生的自主创新能力教学手段将多种现代的教学手段运用于课程教学之中,多方位多途径地展教学活动,以激发学生学习兴趣,提高教学效果。1)将多媒体教学与板书相结合,以解决学时少内容多的矛盾2)课件与电视录像片相结合,以提高学生的自学能力3)丰富的网络资源为学生学习提供良好的软环境学时分配第一章光镜技术的产生与开展(2学时)第二章光锻技术及其基本原理(2学时)第三章光银的理论分析与计算方法(2学时)第四章光镜的系统构成与技术性能(4学时)第五章光纤光镜技术(4学时)第六章光镜技术的开展应用（2学时）教学主要内容及对学生的要求:教学主要内容第一章光镜技术的产生与开展光锻技术的理论研究、光镣技术的应用研究国内外光锻技术的研究现状第二章光银技术及其基本原理光镶技术的描述、光镜的基本原理、光辐射压力、梯度力和散射力、二维光学势阱、基于激光微束的三维光学势阱第三章光镜的理论分析与计算方法光镀理论计算的意义、粒子分类与计算方法、光阱力与光操纵束缚条件第四章光镶的系统构成与技术性能传统光锻的原理、系统构成、激光器和显微镜的选取、多光镒技术第五章光纤光镜技术远场光纤光镜、近场光镜第5章光蹑技术的开展应用光镣技术在生物学方面应用、光镜在分子生物学领域的应用、光镜与其它技术的结合应用对学生的要求:1.对光镶原理方法有明确认识。2、对光镣系统的性能、参数能深入了解,并能自由运用。3.能够了解光阱力的计算方法。4.有查阅外文资料的能力。内容摘要：激光生物学是多学科交叉的新兴学科,其中以激光微束光阱效应为基础的光慑技术是生命科学和生物工程研究的有力工具,已成为当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。光银在问世之初被看作是微小宏观粒子(微小量级)的操控手段。1986年美国贝尔实验室科学家ArthurAshkin首先将光锻激光技术用于生命科学的研究,他把单束激光引入高数值孔径物镜形成三维光学势阱,并证明了这种光阱可以无损伤地操纵活体物质,实现对显微活体的研究。光镶利用高度聚焦的激光微束所形成的光学梯度力势阱来实现对微米及亚微米级样品的束缚与操纵。由于光镣具有精确定位,可实现对生物活体样品的非实体无损伤操作,以及经过定标的光锻系统能够实现对pN级的生物微作用力以及nm级的微小位移的定量测定,因此,这种技术迅速应用到多种生命科学和生物工程研究领域,并得到人们的热切关注。目前,人们可用光镀对细胞、细胞器及染色体进行捕获、分选、操纵、弯曲细胞骨架,克服分子马达力引起的细菌旋转动力,测定马达蛋白作用力,及对膜体系进行定量研究。此外,光镶技术还可应用于微小颗粒的捕获、排列和显微制造等领域。考核方式:考察大作业,平时成绩占40%。主要参考书目:《教材名称》主编姓名出版社名称[1]《光镜原理、技术和应用》李银妹编译中国科学技术大学出版社1996[2]《时域有限差分法FDTDMethod》高本庆国防工业出版社.1995年[3][《非均匀介质中的场与波》美]WengChoChew著聂在平,柳清伙译电子工业出版社,1992年AshkinA.Opticaltrappingandmanipulationofsinglecellsusinginfraredlaserbeams.Nature,1987,33:256-267PAshkinA,DziedzicJM.Opticaltrappingandmanipulationofvirusesandbacteria.Science,1987,235(4795):1517-1520PSasakiM,