Optická manipulace.pdf - FBMI

fbmi.cvut.cz

Optická manipulace.pdf - FBMI

Optické pinzety (optical tweezers) (T. Prnka, K. Šperling, 2 Biotechnol., 7RP, 2006)

Optická pinzeta je zařízení, které využívá mechanického účinku

fokuzovaného svazku k prostorovému zachycení a přemisťování

průsvitných mikroobjektů a nanoobjektů.

Laserový svazek je fokuzován velmi kvalitním objektivem

mikroskopu do stopy v rovině vzorku. Stopa vytváří „optickou past“ ,

která je schopna tlakem laserového záření udržet malou částici ve

svém středu.

Základní princip činnosti optické pinzety spočívá v přenosu hybné

síly (hybnosti) spojené s ohybem světla.

Světlo přenáší hybnou sílu úměrnou své energii a směru šíření.

Jakákoliv změna ve směru světla, ať odrazem nebo lomem, má za

následek změnu hybnosti světla.

Ohýbá- li předmět světlo a hybnost se mění, zachování energie

vyžaduje, aby předmět provedl stejně velkou opačnou změnu

hybnosti. Tím vzniká síla působící na předmět.


Optické pinzety (optical tweezers) (T. Prnka, K. Šperling, 2 Biotechnol., 7RP, 2006)

Zatímco AFM je relativně tuhé zařízení a používá velké síly (řádově

100 – 1000 pN), jsou optické pinzety měkké a měří menší síly v řádu

0.1 -10 pN.

Radiační tlak fokuzovaného laserového paprsku je schopen zachytit

malé částice. V biologických vědách se zařízení používá pro aplikování

sil v oboru pN a pro měření vzdáleností a rozměrů objektů v rozsahu od

10 do 100 nm.

Je možno zachytit lehké částice ve světelném svazku a to buď pomocí

radiačního tlaku, nebo pomocí jevu gradientu intenzity ve svazku.

Podobně jako STM manipuluje s atomy, je možné použít světelné pole

v těsné blízkosti povrchu k manipulaci s částicemi.

Mechanické účinky laserových svazků se používají k řízení pohybů a

chování dielektrických částic v roztoku.


Optická manipulace


Optická manipulace

Mikroskopické objekty o velikosti jednoho atomu, jsou manipulovány

světelným zářením. Tlak záření fokuzovaného laserového svazku malou

částici zachytí. Jsou vyvinuty síly řádu pN a je měřeno přemístění

objektů o rozměrech 10 nm až 100 nm.

Princip : laserový svazek je fokuzován vysoce kvalitním optickým

mikroskopem do malé stopy, do roviny vzorku. Síla světla, která působí

na částici se skládá z rozptylu světla a gradientních sil.

Aplikace : manipulace s dielektrickými sférickými tvary, viry,

bakteriemi, živými buňkami, malými kovovými částicemi, DNA.


Pro vytvoření stabilní „pasti“

(obr. vpravo) musí mít

fokuzované světlo

třídimenzionální gradient

intenzity. V takovém případě je

kulička osvětlena fokuzovaným

svazkem světla s radiálním

gradientem intenzity. Po odrazu

vznikají síly směřující do

ohniska. Šedé paprsky

reprezentují síly. Vzájemná

laterální rovnováha sil a axiální

síly je vyvážena změnou

rozptylové síly (není

zachyceno)

Optické paprsky mají gradient intenzity (obr. vlevo). Transparentní kulička je osvětlena

paralérními svazky s gradientem intenzity zvyšujícím se zleva doprava. Vidíme dva

reprezentativní svazky světla různé intenzity (čáry různé tloušťky). Lom paprsků na

kuličce změní hybnost fotonů a ta je úměrná změně směru vstupních a výstupních

svazků. Ze zákona zachování energie říká že změna hybnosti kuličky vyvolá opačnou

změnu, která je označena šedou čarou. Výsledná síla kuličky směřuje doprava, ve

směru gradientu, a lehce dolů.

More magazines by this user
Similar magazines