Optyczne pęsetki mogą łapać i przenosić mikroskopijne cząstki

Optyczne p setki mog łapa i przenosi mikroskopijne cz stki. Ferroelektryczne ciekłe
kryształy okazuj si szybsze ni nematyczne kryształy powszechnie u ywane do
modulowania wiatła. Od czasu zasady optycznego pułapkowania zademonstrowanej po raz
pierwszy w 1980 r., laserowe p setki okazały si pot nym narz dziem do manipulacji w
skali mikroskopowej w obu fizycznych i biomedycznych naukach. W biologii, szczególnie
wa nym zastosowaniem jest manipulowanie DNA. Funkcjonowanie pojedynczej pochodnej
DNA optycznymi p setkami mo e by rozwijane znacz co przez tworzenie wielokrotnie
sterowanych pułapek. Takie matryce optycznych p setek mog dostarczy wa niejszych
korzy ci w nauce, komórce biologicznej, biofizyce oraz umo liwieniu naukowcom
wyodr bnienie i przemieszczanie mikroskopijnych cz stek.
1)
Wi zka laserowa mo e przytrzymywa ró ne obiekty dzi ki podstawowym prawom
fizycznym, takim jak zasada zachowania p du. Ugi cie dowolnej pary symetrycznych
promieni wiatła wchodz cych w skład wi zki laserowej wytwarza siły. Promienie widoczne
na rysunku, wytwarzaj siły, b d ce wynikiem zmiany p du promieni wiatła przechodz cych
przez obiekt. Je li ognisko wi zki wiatła znajduje si przed rodkiem obiektu, wypadkowa
siła popycha obiekt w kierunku wi zki wiatła. Zmiana poło enia ogniska wzgl dem rodka
obiektu powoduje jego przemieszczenie si , poniewa pod a on za ogniskiem. Ruch ustaje,
gdy ognisko wi zki wiatła pokrywa si ze rodkiem obiektu.
Optyczne p setki pracuj wg zało enia 3 prawa Newtona. Poniewa wiatło załamuje
si przy granicy cz stki, wtedy na cz stk działa siła przesuwaj ca, przeciwna do kierunku
załamania wiatła odbijaj cego. Cz stki mog by pułapkowane przez 2 zogniskowane
promienie wietlne i manipulowane przez poruszanie promieniami.
2)
P setki wymagaj ci głych wi zek laserowych o małym nat eniu. Co wi cej, obiekt
trzymany przez laserowe p setki musi by wzgl dnie przezroczysty dla padaj cego wiatła,
które dzi ki temu mo e przechodzi przez niego bez wytwarzania znacz cej ilo ci ciepła oraz
bez inicjowania niepo danych procesów fotochemicznych.
Laserowe p setki wykorzystuj zwykle wiatło o długo ci fali pomi dzy 0.7 m a 1.06 m w
wi zce o mocy od 25 do 500 mW zogniskowanej do plamki o rednicy mi dzy 0.5 –1.0 m.
Wytwarzane przez takie wi zki siły s rz du pikoniutona, co w pełni wystarcza do
unieruchamiania komórek i przemieszczania organelli wewn trz, jak i poza nimi.
3)
Najbardziej wydajne podej cie do tworzenia p setek polega na wykorzystaniu
dynamicznych dyfrakcyjnych optycznych elementów. Sterowanie i manipulowanie s
realizowane przez zakodowane holograficzne urz dzenia. Metoda polega na komputerowym
tworzeniu tych holograficznych obrazów. Holograficzne elementy dla optycznych p setek i
kształtowanie promienia były pierwszymi ustalonymi hologramami i nast pnie generowanymi
dynamicznie.
SZYBKO POŁ CZENIA
Do tej pory wszystkie znane p sety laserowe z dynamicznie generowanymi
holografami u ywały modulatorów przestrzennych wiatła bazuj cych na nematycznych
ciekłych kryształach. Aczkolwiek zmieniana charakterystyka kryształu ograniczała szybko
rekonfiguracji i pr dko tych urz dze . U ycie ferroelektrycznych kryształów cz steczki o
niskiej symetrii chiralnej kryształów pozwoliło zwi kszy szybko rekonfiguracji i pr dko
tych urz dze .
4)
W celu rozwoju p setek wykorzystuj cych ciekłe kryształy ferroelektryczne,
naukowcy przeprowadzaj eksperymenty, u ywaj c nast puj cego mikrowy wietlacza.
Komercyjna wersja kolorowych wy wietlaczy składa si z 1280 * 1024 pikseli, nastrojonych
na 13,62 m. Ferroelektryczny wy wietlacz mo e działa z cz stotliwo ci 1,5 kHz. Laser
tytanowo – szafirowy o wietla kryształ o rednicy 11 mm.
Silniejsza wła ciwo holograficznych optycznych pułapek bazuje na ferroelektrycznych
urz dzeniach. Ł czenie p setek w matryce pozwala poprawi funkcjonalno i elastyczno
ustawie p setki. Przestrzenny modulator wiatła ferroelektrycznego ciekłego kryształu
umo liwia wielokrotne optyczne pułapkowanie tworzone i manipulowane w 3- wymiarowym
układzie. Szybkie zmienianie własno ci ferroelektrycznych przyrz du pozwala na szybkie
pobudzanie cz stek. W ten sposób mo liwe jest tworzenie niezale nych statycznych i
dynamicznych matryc, dzi ki czemu operator mo e gromadzi krople, u ywaj c
dynamicznych pułapek i przechowywa je w statycznych pułapkach. Matryce s rozmiaru 5
na 1, do tworzenia pułapek pracuj cych na wietle czerwonym i zielonym i dwie ruchome
pułapki w wietle niebieskim.
Szybkie przeł czanie urz dzenia jest decyduj ce, poniewa czas cyklu, w którym zło enie
opuszcza cz stk musi by znacz co krótsze ni rozproszenie w czasie cz stki. Sprz t
zawieraj cy tego typu wy wietlacze został u yty w badaniach 1 – m cz steczek
polistyrenowych, zawieszonych w wodzie destylowanej, co pozwala na poruszanie cz stki, a
do 35 m/s.
Firma modyfikuje przeznaczenie rozwoju dyfrakcyjnych przyrz dów z wy sz skuteczno ci
i nawet wi ksz zdolno ci . A do teraz, praca koncentrowała si na u yciu wiatła
widzialnego w laserach, ale projekt rozszerzył si do wiatła podczerwonego.
Za pomoc laserowej p setki da si złapa nawet bardzo ruchliwe komórki. Na koniec
zamieszczam ródła, z których korzystałem podczas przygotowywania referatu.
Dzi kuj .