飞秒激光具有独特的超强与超快特性,其超强特性使我们能以较低的脉冲能量获得极高的峰值光强,诱发固体材料的烧蚀和光敏树脂的双光子吸收,可实现高精度三维加工和细胞操作。飞秒激光微纳加工是飞秒激光研究领域的热点。本文中我们自行搭建了飞秒激光多功能显微操作实验装置,该装置具有飞秒激光微加工、光镊和光刀功能。首先该装置系统能达到在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.7μm,突破了衍射极限。同时对飞秒激光技术在三维微细加工中对材料的双光子吸收、光吸收机理进行了研究,并推导出双光子光聚合阈值的数学表达式,研究了扫描速度V和激光功率P对横向尺寸的影响规律,在此基础上采用飞秒激光双光子微细加工技术制备了典型的微生物器件—微井阵列和微柱阵列。其次,我们运用此显微操作装置对细胞进行光镊研究。飞秒光镊是利用光与物质相互作用表现出的动量传递力学效应而形成的三维梯度光学势阱。随着研究的深入,还出现了各种不同结构的飞秒光镊形式。但是,在不规则形状样品的力学控制上研究甚少。本文以红细胞为研究对象,通过改变飞秒激光的平均功率,研究了飞秒光镊对红细胞力学行为的控制。当激光功率较低时,根据激光焦点与红细胞相对位置的不同,分析了飞秒光镊对红细胞实现边缘稳定捕获的必然性。当功率较高时,由于光镊横向力和轴向力的梯度分布不均匀,导致红细胞实现不可逆的翻转。同时,通过激光焦点与样品之间的相对扫描运动,实现了被捕获红细胞的稳定输运。最后,我们通过此显微操作装置对细胞进行光刀研究。探索研究聚焦飞秒激光对细胞的等离子体诱导蚀除机理,并成功切割培养的人神母细胞瘤细胞SH-SY5Y的突起。在离胞体不同距离处切割细胞突起,发现距离越远,切割作用对细胞的影响越小。非完全切割情况下,切割长度越长,对细胞的影响越大,但作用细胞的自修复仍比完全切割情况下启动的快。实验证明该方法为体外条件下研究人类神经的损伤后修复提供了一种可行、有效的手段。