利用旋转光镊研究表面黏附性

光镊是高分辨率研究表面性质的强大工具。此类实验传统上通过研究捕获粒子在 X、Y、Z 方向的主动或布朗涨落来进行。此处我们发现，利用第四维——旋转，可对表面进行灵敏且快速的探测。光镊在施加圆偏振光时能够旋转捕获的双折射微粒，因而被称为旋转光镊。当捕获的双折射微粒离表面足够远时，其旋转速率仅依赖于激光功率。然而，我们发现若将微粒捕获在靠近表面的位置，即使对于某些特定类型的基底在有限的镊子激光功率下，旋转速率也会降为零。我们推测这是由于基底与双折射微粒之间的相互作用，同时考虑到该旋转模式的流体动力学阻力最多不超过远离表面时阻力的 1.2 倍。我们利用此方法探测若干表面，发现疏水表面无结合现象，而亲水表面尤其表现出存在某一功率阈值，超过该阈值后双折射微粒才开始旋转。我们计算得出，当与表面的相互作用模式为纯物理作用时，镊子的阈值能量与范德华势能一致。我们还发现，对于壳聚糖，其相互作用模式可能不同于范德华作用。我们将微粒置于阈值处并观察到粘滑式的旋转行为。