光镊是利用光与物质间动量传递的力学效应形成的三维梯度光学势阱。由于光镊可实现对生物活体样品的非实体接触无损伤操作，光镊技术及其应用得到了物理及生物学家的热切关注。本论文内容包括光镊系统的研制、光镊系统的关键技术及其在生物学中的应用研究。 在光镊系统研制方面，本文建立和完善了一套国内领先的可以进行纳米量级位移及皮牛顿量级力测量的双光镊系统，并配有光阱位置微操纵系统和样品台微操纵系统，为适应分子水平对象观测的需要，本文还建立了用于微弱荧光探测的CCD成像系统。 同时，本文还对光镊系统本身的一些相关技术做了进一步的研究，从理论和实验两方面深入研究了不同光放大倍数对输出信号的影响，并针对三角波驱动样品台进行刚度校准时，小球的信号上出现了振荡干扰这一现象进行了理论和实验分析，最终消除了振荡。研究了光镊系统中照明条件对样品池中温度及四象限测量系统的影响，并设计制作了用于微管实验的流动样品池，实现了对池内温度的控制。 在生物学中的应用方面，用光镊技术研究微管聚合及解聚的力学性质，是国家基金委资助的大项目之一，相关结果在国际上尚未见有报道。目前，已经成功地实现了单根微管的体外合成，深入研究了染料标记的微管在激发光照射下发生断裂的机理，发现染料分子与激发光之间产生了光化学反映，释放出的活性氧是致使微管断裂的主要原因；并利用双光镊系统研究了微管光敏断裂的动态过程，发现微管断裂是每根原丝逐根断裂的过程。另外，本文还提出了一种利用微球作为“手柄”、四象限探测器作为位移测量手段来测量蛋白间相互作用力的方法。