对于“光”的探索，人类从未停下前进的脚步。
2018年，诺贝尔物理学奖授予了激光物理学领域的三位科学家。其中，时年96岁的阿瑟·阿什金 (Arthur Ashkin)凭借“光学镊子及其在生物系统中的应用”荣膺该奖，成为史上最年长的诺贝尔物理学奖得主。
“光学镊子”（Optical Tweezers，OT）简称光镊，顾名思义就是用光做成的镊子。光是它的材质，镊是它的作用。虽然光镊的名字里带“镊”，但与传统镊子需通过物理接触夹持物体不同，光镊是一种非机械接触式操控技术。其通过高度聚焦的激光束产生的力，像无形的镊子一样，精准操控细胞、病毒、DNA等微小物体。
光镊的操控原理在于激光束产生的梯度力和散射力。梯度力如同磁铁吸引铁屑，将微小物体拉向光束中光强最强的中心区域；而散射力则像水流推动浮萍，将物体沿着光束传播方向轻微推移。正是这两种力的精妙配合，使得光镊能够隔空“抓取”并移动目标对象。
光镊的突破启发了更多创新。2005年，美国加州伯克利大学吴明教授团队受光镊启发，将光控电场引入微粒操控领域发明了光电镊技术（OET），并于2011年创立Berkeley Lights公司开始光电镊技术的产业化，2020年7月在美国纳斯达克上市，后被仪器巨头布鲁克（Bruker）公司收购。
“光镊”和“光电镊”虽然只有一字之差，却是截然不同的技术路径——光镊依赖光的力学效应实现微纳米级操控，而光电镊则是光诱导电场的新型操纵体系。前者通过光梯度力与散射力实现微纳颗粒操控，后者借助投影设备生成动态光虚拟电极，形成非均匀电场驱动微纳米物体。两种技术形成互补，在生物医学领域展现出广阔应用前景。
凭借“非机械接触、低损伤、高精度”的显著优势，光镊与光电镊已成为生命科学、物理化学等领域的重要研究工具。尤其在生物医学领域、医疗领域，它们正突破传统技术在精度、损伤性和侵入性等方面的瓶颈，革新着辅助生殖、药物递送等多种医疗场景的操作方式。
鉴于光镊与光电镊技术路径不同、应用侧重各异，且名称易于混淆，本文将分上下两篇，分别对其进行详细解析。
光镊和光电镊，动脉网制图
01
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上篇·光镊篇
■ 诺奖技术，实现从被动观察到主动调控的跨越
光镊技术于1986年由美国科学家阿瑟·阿什金 (Arthur Ashkin)发明后，凭借其非接触性的特点，在生物活体细胞研究中展现出其独特的优势，即在操作过程中对样本的破坏性极小。阿什金深刻认识到这一点，并在此领域进行了大量创新性的研究。2018年，阿什金因发明光镊和利用光镊实现各种生物医学应用获得了诺贝尔物理学奖。[1]
历经四十年发展，光镊技术的研究范围已由最初的微米小球拓展到原子和纳米级别，捕获物体的形状和材料也得到了极大的丰富和拓展。其与微流控系统、荧光成像、拉曼光谱、超分辨显微等其他技术的结合，大大提高了可操控颗粒的数量和效率，丰富了操控功能，进一步提高了实验通量和应用范围，现已成为操控细胞与生物大分子、研究其力学性质及生命过程中动力学行为的关键工具。
光镊的核心优势在于对生物微粒的生命活动非直接接触、干扰极小——操作体系涉及的细胞生存环境几乎等同于“天然”环境，因此能完整保留生物微粒的生命活动变化并“实时动态”展现；更重要的是，这一技术赋予研究者“主动操控”的能力，可对其生命活动中的任一环节进行人为调节，实现了从被动观察到主动调控的重大跨越。
据动脉网观察，光镊现阶段的主要应用场景集中在生命科学仪器领域、辅助生殖领域及其他医学与生命科学中极微量细胞的捕获。长光辰英和捕精者是该赛道的本土企业代表。
生命科研仪器：可与其他技术联用的单细胞精准显微操控利器
光镊成为基础生命科学研究的关键工具，其价值主要体现在三个方面：一是技术原理契合基础研究场景。光镊可非直接接触的方式操控微纳尺度的生物粒子，天然适用于单分子、单细胞动力学研究。例如操纵单个DNA分子以研究其拉伸、折叠力学特性；或操控病毒或细菌以观察其与宿主细胞的相互作用机制。
二是科研工具化程度高，易于集成。自1986年阿什金发明单光镊以来，该技术已发展近40年，衍生出全息光镊、光热镊、光声镊、光电镊等形态。其标准化设备已成为生物物理和单分子生物学实验室的常规仪器。并且，光镊还可与荧光成像、拉曼光谱、超分辨显微等技术联用，实现“操控-观测”一体化，尤其是与人工智能的结合使用，更让光镊的作用大放异彩。
三是满足高端科研对“非接触操控”的刚性需求。在纳米生物学、胶体化学等领域，传统机械接触会破坏样品或引入污染。光镊的不直接接触、低损伤特性（尤其近红外波段）使其成为很多领域不可或缺的工具。
长光辰英成立于2017年，依托中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，服务于生命科学、生物制药，以及工业检测的微观难题。公司于2024年6月获得由水木创投领投，顺为资本、晓池资本跟投的数千万A轮融资。以其代表产品Scatcher单细胞显微光镊操纵与分选系统为例，该产品具备强大的微小物体显微操控能力，可在显微镜下对不同尺寸、形态的细菌、真菌、微藻、动物细胞、微颗粒等进行高效捕获、自由操纵与可视化精确分离，单细胞得率及培养成功率高达95%以上，确保了稀有细胞、低丰度目标细胞的有效获取。并且，Scatcher可与多种观察与检测设备相结合，实现单细胞检测、操纵与分离的一体化、自动化操作。这不仅提高了实验效率，还有助于科研人员更好地理解细胞的结构和功能。（返回搜狐，查看更多