光镊，可理解成“用光做成的镊子”，普通的镊子，是有形的夹取物体的器具，靠与物体之间的摩擦力来夹住物体；光镊宛如“隔空取物”的法器，靠光辐射梯度力和光辐射散射力形成的光辐射力阱，将落入阱内的原子、微粒囚禁并移动。

光镊技术在研究活体的实时动态时，具有无机械接触、无机械损伤、不干扰粒子周围环境等突出特点，因而，在生物学和医学领域，利用这一特征可以分选粒子或细胞，可以深入研究活体细胞和生物大分子个体行为，捕获单个细胞甚至在细胞内操纵细胞器，完成注入细胞融合、染色体切割与分选、细胞转基因操纵、细微手术等精细操作。

下面就以几篇具体的文章来大致介绍一下光镊在植物研究中的应用吧。

光镊诞生之后的1987年，A.Ashkin和J.M.Dziedzic用光镊对病毒和细菌进行了捕获和操作实验，证明使用适当功率的光镊对生物没有明显损害，但两种生物对光功率的耐受性不同。

1989年他们又用光镊研究植物细胞膜的粘弹性。在活细胞内部使用光镊被用于研究植物细胞胞质的机械特性。发现使用光镊能够拔出细胞内部的长质细胞丝（如下图）。这些长丝表现出塑性，颈缩，应力松弛和凝固的粘弹性。由此提供了一种探测基本不受干扰的活细胞的局部流变性质的独特方法。

光镊拔出细胞内部的细胞丝状物

从细胞核中分离出特异性单条染色体一直是基因组学研究的重要课题。水稻是重要的粮食作物，也是分子生物学研究的模式生物，在禾本科植物中其基因组较小（430MB），水稻染色体小于1um，染色体之间大小形态差异不明显，分离困难。李银妹教授小组首次提出用光和光刀及微吸管联合作用的光学微操作技术进行单条水稻染色体操作，并从实验上实现了单条水稻染色体的分选，所提取的单条染色体用于PCR扩增，由生物学鉴定提取的是单条染色体，从而构建了单条水稻染色体文库。

光镊将单条染色体从细胞残骸中分离出来

光镊在微小颗粒上产生的光力大小一般在fN到pN量级，这个量级的光力使得光镊可以捕获单个细胞甚至在细胞内操纵细胞器。

Bayoudh等利用方解石晶体的双折射性质，让激光通过晶体内部后在液体周围产出循环，将方解石晶体靠近叶绿体后可让其循环游动，可实现叶绿体三位方向的研究。发现通过光力可使叶绿体从细胞质中脱落，可实现叶绿体周围细丝弹性的研究。

被捕获的叶绿体的移位导致附近的叶绿体发生移位

通过将光镊应用于活叶细胞内的单个高尔基体，可以对单个高尔基体进行微操纵，通过重塑了叶片中皮质内质网网络，确定ER和高尔基体之间的连接以及ER锚点的存在。

拟南芥叶表皮细胞中高尔基体的光学捕获

相信随着技术的不断发展和应用，光镊技术会为大家带来更多精彩的科研成果。

参考文献：

1.A.Ashkin.J M Dziedzic.Internal cell manipulation using infrared lase traps[J].Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,1989,86:7914-7918

2.H W Wang,X H Liu，Y M Li，et al..Isolation of a single rice chromosome by optical micromanipulation[J].J Opt a Prue Appl Opt,2004,6(1):89-93.

3.Bayoudh S,Mehta M，Rubinsztein-Dunlop H，et al. Micromanipulation of chloroplasts using optical tweezers[J].J.Microsc,2001,203(2):214-222.

4.I A.Sparkes,Tijs Ketelaar,Chris Hawes,et al..Grab a Golgi:Liser Trapping of Golgi Bodies Reveals in vivo Interactions with the Endoplasmic Reticulum[J].Traffic,2009,10:567-571.

MMI CellManipulator是一种功能强大的多光束光镊系统：

• 使用直观的点击和拖动程序操作多达20个微粒和活细胞

• 创建从0.2到>800 pN的更强作用力，以测量细胞间和细胞内的力

• 通过自动校准进行力谱实验

• 可与MMI CellCut激光显微切割系统和/或MMI CellEctor挑选系统相结合，用于组织和悬浮液中的单细胞分离

• 高度模块化，可安装在从入门级、中档到高端仪器的众多显微镜品牌上

• 可以无缝搭载不同的模块和成像技术，灵活升级
  

往期内容：

为什么光镊技术能获得诺贝尔奖的不专业解读

光镊---分子水平精细控制的不二之选