Обзор принципа действия оптического пинцета:

Оптический пинцет - это инструмент, использующий лазерное излучение для захвата и манипулирования микро- и наночастиц в вакууме или в жидкости. Принцип действия оптического пинцета основан на явлении оказания силы на частицу в результате взаимодействия с лазерным излучением.

Основным элементом оптического пинцета является фокусированный лазерный луч, который создает силу оптического захвата (ОСТ). Когда лазерный луч попадает на частицу, свет оказывает давление на поверхность частицы. Это позволяет удерживать и перемещать частицы без необходимости контакта с ними, что является большим преимуществом оптического пинцета.

Рис.1-Общая схема оптического пинцета с основными элементами[6]

Сила оптического захвата зависит от различных факторов, таких как интенсивность лазерного излучения, фокусное расстояние и показатель преломления среды. Отличительной особенностью оптического пинцета является возможность осуществлять манипуляции с частицами размером от нескольких нанометров до нескольких микрометров.

Оптический пинцет широко применяется в различных областях, таких как физика, биология, химия и наука о материалах. В биологии, например, он может использоваться для манипулирования клетками и молекулами, изучения их свойств и взаимодействий. В науке о материалах оптический пинцет применяется для исследования механических свойств наноматериалов и наноструктур.

Оптический пинцет представляет собой мощный инструмент, который позволяет исследователям проводить манипуляции на микро- и наноуровне с высокой точностью и контролем. Он обладает большим потенциалом для развития и новых применений в различных научных и технических областях.

Основные применения оптического пинцета:

Технология микрофлуидики: оптический пинцет используется для манипуляции микроскопическими жидкостями и частицами внутри микроканалов.

Рис.2-Стеклянный микрофлюидный чип

Научные исследования: оптический пинцет применяется для исследования физических и оптических свойств материалов, оптической силы и давления света, а также для создания новых оптических инструментов и устройств.

Манипуляция микроскопическими объектами: оптический пинцет позволяет захватывать, перемещать и манипулировать микроскопическими объектами, такими как частицы, молекулы и микроорганизмы.

Точная манипуляция: оптический пинцет обеспечивает очень точную и контролируемую манипуляцию микроскопическими объектами, что может быть полезно в различных научных и технических областях.

Особенности и ограничения оптического пинцета:

1. Неинвазивность: Оптический пинцет позволяет удерживать и манипулировать объектами без необходимости физического контакта. Это очень полезно при работе с чувствительными биологическими объектами, такими как клетки.

2. Высокая точность: Оптический пинцет обладает высокой пространственной разрешающей способностью, позволяющей удерживать и перемещать объекты точно и контролированно

3. Возможность манипулирования в трех измерениях: Оптический пинцет позволяет манипулировать объектами в трех измерениях. Это дает большую гибкость при проведении экспериментов и исследований.

Ограничения:

1. Размер объектов: Оптический пинцет эффективно работает только с объектами размером от нанометров до нескольких микрометров. Большие объекты могут быть сложны в манипулировании или вовсе не могут быть удержаны оптическим пинцетом.

2. Ограничения по материалам: Оптический пинцет наиболее эффективен при работе с объектами, которые сильно рассеивают свет или могут быть поляризованы. Он может быть неэффективен с объектами, которые слабо рассеивают свет или не могут быть поляризованы.

3. Возможность повреждения: Сильный лазерный луч, используемый в оптическом пинцете, может потенциально повредить или уничтожить некоторые объекты, особенно более хрупкие или чувствительные. Это требует осторожного обращения и правильной настройки лазерного пучка.

4. Сложность управления: Оптический пинцет требует навыков и опыта для достижения точного и контролируемого манипулирования объектами. Это может быть сложным для начинающих или неподготовленных пользователей.

4. Новые разработки и перспективы:

Новые разработки в области оптических пинцетов фокусируются на улучшении их эффективности и точности. Например, разработчики работают над созданием оптических пинцетов с более мощными лазерами и более точными системами фокусировки, что позволяет ловить и манипулировать еще более мелкими объектами. Также исследуется возможность использования мный контролируемых оптических пинцетов для манипуляций на наномасштабных объектах, таких как наночастицы или отдельные молекулы.

Перспективы оптических пинцетов включают их применение в различных областях, включая физику, химию, биологию и медицину. В физике и химии оптические пинцеты могут быть использованы для изучения свойств и взаимодействий микрообъектов на молекулярном уровне. В биологии оптические пинцеты могут помочь исследователям в изучении структуры и функции биологических молекул, а также в манипулировании клетками для различных экспериментов. В медицине оптические пинцеты могут использоваться в некоторых процедурах микрохирургии или для доставки лекарственных веществ на микроуровне.

Область применения оптических пинцетов продолжает развиваться и исследоваться, и с каждым годом появляются новые разработки и возможности для их использования.

Источники:

1. Ашкин А. (1980). "Ускорение и захват частиц давлением излучения".

2.Нейман К. С., и Блок С. М. (2004). "Оптический захват". Обзор научных приборов

3. Гриер Д. Г. (2003). "Революция в оптических манипуляциях".

4. Макдональд, М. П., Сполдинг Г. С., и Дхолакия К. (2003). "Микрофлюидная сортировка в оптической решетке"

5.Мараго О. М., Джонс П. Х., Гуччарди П. Г. и Вольпе Г. (2013). "Оптический захват и манипулирование наноструктурами"

6.Википедия. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Оптический_пинцет

Код для цитирования: Скопировать