以一个处于高斯分布的非均匀会聚光场中的透明介质微球为例，其折射率须大于周围介质的折射率。当激光束照射到微粒上时，将发生反射和折射，同时包括部分吸收。被微粒吸收和反射的光，所引起的动量改变，就表现为光的辐射压力，或者称为散射力，其方向与光传播方向相同，它迫使介质微球沿光束传播方向运动。但与此同时，光束经过微粒还会发生多次折射，部分光线经折射后更趋向于光束传播方向，从而增大了轴向动量。由动量定理可知，微粒将受到一个与光传播方向相反的作用力，即轴向梯度力。而在与光轴垂直的横向上，由于高斯光场的非均匀性，微粒还会受到指向激光焦点的回复力，即横向梯度力。正是在散射力和梯度力的共同作用下，微粒才被稳定约束在激光焦点附近[2]，并随着光束焦点的移动而移动。犹如一把无形的镊子，实现对微粒的夹持与操控。这就是单光束梯度力势阱。

1.5 激光光镊技术的操作特点

光镊对微粒的操控效果虽然犹如机械镊子，但它自有机械镊子所不可比拟的突出优势。

首先，光镊对微粒的捕获和操控是一种柔和、远距离、非机械接触的方式，对环境扰动较小，不会给探测对象造成机械损伤。而且激光具有穿透性，可无损伤得穿过透明细胞膜来操控内部细胞器和生物分子[18]，实现对生物微粒内、外结构的实时探测和活体操控[3]。

其次，光镊大多是在液体环境中工作，因此更贴近细胞的生存环境。虽然过程中会产生光热效应，但可以通过选择合适的波长，避开水和组织细胞对光的吸收，将热效应降至最低。这些都使得激光光镊技术在生物学研究尤其是单细胞、单分子研究领域中极其适用。例如：光镊可捕获并操控数十纳米到数十微米量级的微粒，而大多数生物细胞、细胞器及生物大分子的尺寸恰好就在这一范围。因此，光镊成为研究它们的特有手段。迄今已能够进行捕获、悬浮、分选、融合、切割及空间布阵等多种操作，定量研究分子间静态和动态的力学特性，定性表征生物个体的生命过程[3]。

此外，经过标定的光镊系统能够实现对亚微米量级微小位移及皮牛顿量级微小力的测定[1]。如在单分子水平上探究生物的微小作用力和运动步幅，测量单分子的力、速度、位移、周期等相关物理量[19]。因此，光镊是极其灵敏的传感器。作为微小力的探针，可对细胞进行定量检测，以揭示细胞的功能以及活动规律[2]。

1.6 激光光镊技术的应用

激光光镊技术作为激光技术的重大发明，三十年来已在众多学科中得到广泛应用，成为光学与多学科交叉融合的纽带。它的应用主要可以概括为四大类[19]，即：光镊与细胞生物学、光镊与单分子生物学、光镊与胶体科学以及光镊与物理学。

其中，光镊在细胞生物学的应用主要有：操控病毒和细胞，联合光刀对细胞和细胞器进行手术，测量细胞的力学特性以及细胞间的相互作用，分选单条染色体，测量细胞膜弹性，检测单个囊泡的拉曼光谱，操控动物活体内红细胞[18]；

光镊在单分子生物学的主要应用有：探究驱动蛋白的动力学特性，研究血管性假血友病因子蛋白，研究核糖体运动规律，在单分子水平上探究生物的微小作用力和运动步幅，测量天然或者变异单分子的力、速度、位移、周期等相关物理量；

光镊在软物质胶体科学中的应用有：研究微粒相互作用势，长程引力相互作用，研究布朗运动、扩散以及其他动力学性质，研究流体动力学相互作用，两分散体系混合液的性质，测量微粒在流体中所受的粘滞作用等。其中最为典型的应用是：研究分散体系结合几率、测量线性小球链的结合力；