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.