Они напоминают «Луч» в Звездный путь: специальных световых пучков может быть использована для манипулирования молекулами или небольшой биологических частиц. Даже вирусы или клетки могут быть захвачены или переехали. Однако эти оптические пинцеты работают только с объектами в пустом пространстве или в прозрачной жидкости. Любое тревожное окружение будет отвлекать световых волн и разрушить эффект. Это проблема, в частности, с биологическими образцами, потому что они обычно содержатся в очень сложных условиях.
Но ученые в TU Wien (Вена) показали, как добродетель может быть выполнена из необходимости: специальный метод расчета разработан для определения идеальной формы волны, чтобы манипулировать мелкими частицами при наличии неупорядоченной среде. Это позволяет провести, перемещения или вращения отдельных частиц внутри образца, даже если они не могут быть затронуты непосредственно. Индивидуальные луч света превращается в универсальный пульт дистанционного управления для все маленьких. Микроволновые эксперименты уже показали, что метод работает. Новый оптический пинцет был представлен в журнале Nature фотоники.
Оптический пинцет в неупорядоченных средах
«С помощью лазерных лучей, чтобы манипулировать материей, уже нет ничего необычного», — объясняет профессор Штефан Роттер из Института теоретической физики в техническом университете Вены. В 1997 году Нобелевская премия по физике была присуждена за лазерными лучами, которые охлаждают атомов, замедляя их. В 2018 году, другой физике Нобелевская премия признала развития оптического пинцета.
Но световые волны чувствительны: в неупорядоченных, нерегулярных среды, они могут отклоняться в весьма сложным образом, и бросились врассыпную. Тогда простой, плоской световой волны становится сложной, неупорядоченной схеме волны. Это полностью меняет то, как свет взаимодействует с конкретной частицей.
«Однако, этот эффект рассеяния может быть компенсировано», — говорит Майкл Horodynski, первый автор бумаги. «Мы можем вычислить, как волна должен быть сначала сформированы так, что неровности неупорядоченной среде, превратить его именно в те формы, которые мы хотим. В этом случае световая волна выглядит довольно беспорядочной и хаотичной на первый, но неупорядоченной среды превращает его в что-то приказал. Бесчисленные небольшие помехи, которые обычно оказывают эксперимента невозможно, используются для создания именно желаемую форму волны, которая действует на конкретном частиц.
Расчет оптимального волна
Для достижения этой частицы и ее неупорядоченной среде сначала освещается с различных волн и способ, в котором волны отражаются измеряется. Это измерение проводится два раза в быстрой последовательности. «Давайте предположим, что в короткий промежуток времени между двумя измерениями, неупорядоченной среде остается неизменным, в то время как частицы мы хотим немного манипулировать», — говорит Штефан Роттер. «Давайте подумаем клетки, что движется, или просто погружается вниз немного. Затем световой волны мы отправляем выражается немного по-разному в двух измерениях». Эта крошечная разница имеет решающее значение: С новая методика расчета, разработанная в техническом университете Вены, можно рассчитать волны, которая должна использоваться, чтобы усиливать или ослаблять движения частиц.
«Если частица медленно погружается вниз, мы можем вычислить волну, которая предотвращает потопление или частицы опускаются еще быстрее», — говорит Штефан Роттер. «Если частица вращается немного, мы знаем, что волна передает максимум момента импульса — тогда мы сможем вращать частицы с помощью специальной формы световой волны, не касаясь его.»
Успешные эксперименты с микроволнами
Кевин Пихлер, также входят в состав исследовательской группы в техническом университете Вены, был в состоянии поставить метода расчета на практике в лаборатории партнеров по проектам в Университете Ниццы (Франция): он беспорядочно расположенных тефлона объекты, которые он облучается СВЧ-и в этом он действительно преуспел в создании именно тех сигналов, которые, в силу неупорядоченности системы, произвели нужный эффект.
«Микроволновый эксперимент показывает, что наш метод работает», — пишет Штефан Роттер. «Но реальная цель состоит в том, чтобы применить ее не с печей, но с видимым светом. Это может открыть совершенно новые области применения для оптический пинцет и, особенно в биологических исследованиях, позволит контролировать мелкие частицы таким образом, что прежде считалось совершенно невозможным».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!