微球追迹系统设计研究文献综述
摘要：从十九世纪八十年代，A.Ashkin及其合作者的研究诞生了光镊技术以来，对整个科学界影响巨大，尤其是生物界和医学界。近年来，光镊技术的研究和应用已在生命科学领域得到了迅速的发展，光镊已成为研究单个细胞和生物大分子不可或缺的有效工具。同时，国内外学者还将这项技术与计算机图像处理技术的结合，更是加速了这项技术的应用进程。本文主要对光镊技术及其相关应用，计算机图像识别技术及其相关实例等方面进行了综述。
关键词：光镊技术、计算机图像识别技术、细胞计数方法研究
导言：光镊是用高度会聚的激光束形成的三维势阱来俘获，操纵和控制微小颗粒的一项技术。由于光镊具有非接触，无损伤性，而对微颗粒、生物细胞等小分子物质进行高精度、损伤性小的捕获和操控在物理、生物方面有着重要的作用。使得从19世纪80年代到今天，光镊技术不断发展升级，不仅在生物学，物理学等领域发挥着越来越多不可替代的作用，还促进了多种学科的发展。而计算机技术的加入，更是极大的促进了光镊的发展。结合计算机的处理技术，不仅极大的提高了光镊的精度，还解决了一些之前难以突破的问题和条件限制。本文将总结各种光镊的工作原理及其在生物科学领域的应用, 计算机图像识别技术及其相关实例，进一步讨论了光镊技术未来的发展前景。
1.光镊技术及其原理
光镊是利用光压形成的散射力和梯度力，对纳米级至微米级的粒子进行捕获和操纵的一种工具[7]。光镊技术是将激光用高倍物镜会聚，形成梯度光场，在强会聚的光场中，微粒在xyz 3个方向都将受到指向光最强点（焦点附近）的梯度力。z方向受的力的方向与光传播方向相反(设光沿z轴正方向传播)，也就是说光对微粒不仅有推力还有拉力，微粒被约束在光最亮点附近[6]。
1．1光镊操控透明介质小球的原理
一束激光经过高数值孔径物镜聚焦后，射在折射率大于周围物质折射率的透明介质小球，光线在介质球内经过两次折射后，光子动量发生了变化，这种变化反作用于小球，表现为对小球的反作用力，该力的大小与光强梯度成正比，合力的方向指向光强最大处，这个力总是使小球趋向激光焦点，这种由于光强分布不均匀而产生的力称为梯度力。同时，小球还受到散射力的作用，散射力来源于散射过程中光与物质的动量交换，方向沿着光的传播方向，此力总是使小球沿着光束的传播方向运动。当光场梯度足够大时，梯度力的作用大于散射力的作用，合力F指向焦点处，在焦点处形成一个稳定的三维光势阱。此时，粒子将被稳定捕获在光势阱处[8]。
1.2光镊操控透明金属小球的原理
金属粒子与透明介质小球不同具有高反射和高吸收特性，普通的基于单光束梯度力的光镊难以稳定俘获金属粒子。因为高反射、高吸收引起的是散射力，它一般表现为推力，而梯度力一般表现为拉力，这样作用在金属粒子上的推力要大于拉力，无法被稳定俘获。若利用激光对金属粒子的推力，将粒子推向中心区域就可以实现金属粒子稳定地俘获在一定区域。这样就利用了金属高反射的特点，使作用在它上面的“推力”起俘获作用。这类方法包括扫描光镊方法、底部聚焦法和环形光阑法[18]。
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