光ピンセット
レーザーは横モードがTEM00のガウシアンビームを用いるのが一般的だが、他を用いたものがいくつも存在する。エルミートガウシアンビーム・ラゲールガウシアンビーム・ベッセルビームなどが用いられている。ラゲールガウシアンビームを用いたものは軌道角運動量をもち、微粒子を回転させることができる。ベッセルビームを用いたものは興味深い特性を示し、数ミリメートル大の複数個の粒子を捕捉・回転させることができる。これらはマイクロマシンの動力源として活用できるのではないかと期待されている。
光ピンセットの改良として、複数のレーザーユニットを用いるかレーザーを分割して複数の微粒子を操作できるようにしたもの、切断面をレンズ状に整形した光ファイバーを用いてシステムを簡素化することを狙ったものなどが発表されている。
また、フローサイトメトリーのような蛍光イメージングを利用して細胞を認識し、自動操作で整列を行わせることによって人為的な細胞組織を構築する試みもなされている。
さらに、エバネッセント場を利用してごく一部の微粒子のみを平面的に操作する方法も検討されている。
電場強度の勾配を利用することにより、微粒子の選別を行うことも研究されている。これは扱われる微粒子の物性によって電場をかけた際の挙動が異なることを利用し、選別に用いるというものである。これは誘電泳動とよばれる。
F = α [ 1 2 ∇ E 2 − E × ( − d B d t ) + d E d t × B ] {\displaystyle {\boldsymbol {F}}=\alpha \left[{\frac {1}{2}}\nabla E^{2}-{\boldsymbol {E}}\times \left(-{\frac {d{\boldsymbol {B}}}{dt}}\right)+{\frac {d{\boldsymbol {E}}}{dt}}\times {\boldsymbol {B}}\right]}
F = α [ 1 2 ∇ E 2 + d d t ( E × B ) ] . {\displaystyle {\boldsymbol {F}}=\alpha \left[{\frac {1}{2}}\nabla E^{2}+{\frac {d}{dt}}\left({\boldsymbol {E}}\times {\boldsymbol {B}}\right)\right].}
最後の等式の第二項は、ポインティング・ベクトル(単位面積を通り過ぎる光のパワー)に定数をかけた量の時間微分である。レーザー光のパワーはレーザー光の電場の振動数〜10 Hzよりも十分低い周波数では一定なので、時間微分の項は平均すると0になり、力は以下のように算出される。
F = 1 2 α ∇ E 2 . {\displaystyle {\boldsymbol {F}}={\frac {1}{2}}\alpha \nabla E^{2}.}
電場強度の二乗は、その場におけるレーザー光の強度と比例する。よって、この結果は、誘電体微粒子を点双極子として扱うと、それに働く力はレーザー光の強度の勾配に比例することを示している。言い換えると、この「勾配力」は、光がもっとも強い位置に微粒子を引きつける。実際には、勾配力に抗して「散乱力」が光軸方向に働き、結果的に微粒子の平衡位置は光がもっとも強い位置よりもわずかに下流になる。