光鑷（Optical Tweezers）：用光抓住微觀世界
 
    在日常生活中，我們習慣用手或工具來移動物體，但當尺寸縮小到微米甚至奈米尺度時，這些方法便不再適用。然而，看似沒有重量的光，卻能成為操控微觀世界的利器。光鑷（Optical Tweezers）正是一種利用高度聚焦雷射光束來捕捉並操控微小粒子的技術，為現代物理、生醫與奈米科技帶來革命性的影響。

光鑷的概念最早由美國物理學家 Arthur Ashkin 於 1970 年代提出，並在 1986 年成功捕捉單一活細胞，開啟了以光操控微觀物質的新時代。他的研究對生物物理與奈米科學帶來深遠影響，也因此在 2018 年獲得諾貝爾物理學獎。這項成就證明了光不僅能用來觀察世界，也能實際參與操控自然現象。

光鑷的運作原理來自光的動量傳遞。當雷射光照射到折射率不同於周圍介質的微小粒子時，光的傳播方向會改變，根據動量守恆，粒子便會受到反作用力。若雷射被高度聚焦，粒子會被拉向光強度最大的區域，也就是焦點位置，形成穩定的光學勢阱，如同被一把由光構成的鑷子夾住，因此得名「光鑷」。

在物理機制上，光鑷主要涉及兩種作用力：梯度力與散射力。梯度力源自光場強度的不均勻分布，方向指向光強度較大的位置，是使粒子穩定困在焦點的關鍵力量；而散射力則來自光被反射與散射時所產生的動量改變，方向通常沿著光的傳播方向。為了讓粒子能穩定被捕捉，實驗上必須讓梯度力大於散射力，因此常使用高數值孔徑的物鏡來形成強烈聚焦的光場。

在應用層面，光鑷已廣泛用於生物與材料相關研究。例如在生物物理領域中，可用來操控單一細胞、研究 DNA 的拉伸行為，或量測蛋白質摺疊所需的微小作用力；在軟物質與奈米科技中，則可用來操控奈米顆粒、研究布朗運動與膠體系統；在光電與精密量測方面，光鑷更能達到皮牛頓等級的力感測精度。

隨著科技發展，光鑷也持續進化，例如全像光鑷能同時操控多顆粒子，結合人工智慧可實現自動化操作，與微流體系統整合後更能應用於生醫檢測與精準操控。未來，光鑷甚至可能在量子尺度的操控與測量中扮演重要角色。

總結來說，光鑷不僅是一項精巧的實驗技術，更是一座連結光學、材料科學、生命科學與奈米科技的橋樑。對光電系學生而言，它不只是課本中的概念，而是一扇通往前沿研究與未來應用的重要窗口。