Was sind Laserpinzetten?
Laserpinzetten, auch optische Pinzetten genannt, verwenden Laserstrahlen, um mikroskopische oder nanoskopische Partikel mit präziser dreidimensionaler Positionierung einzufangen. Die Laserstrahlen nutzen ein Phänomen aus, das als Brechungsindexfehlanpassung bezeichnet wird. Das sehen wir immer dann, wenn wir einen Strohhalm in einem Glas Wasser betrachten. Auf winzigen Maßstäben führt die subtile Biegung des Lichts durch das Teilchen dazu, dass ein Impuls auf dieses übertragen wird, der eine winzige anziehende oder abstoßende Kraft projiziert. Das Ergebnis ist extrem feinkörnige Präzision und Kontrolle über ein einzelnes Teilchen im Strahl, Kontrolle auf Sub-Nanometer-Skalen.
Die Laserpinzette funktioniert nur, wenn das verwendete Material ein Dielektrikum ist, dh ein Isolator, der elektromagnetischen Feldern abgeneigt ist. Ein fokussierter Laser in der Laserpinzette erzeugt ein elektromagnetisches Feld in Form von kondensiertem Licht. Der Laser-Pinzetten-Ansatz kann verwendet werden, um Bakterien, Viren und sogar einzelne Atome und Moleküle zu schweben. Für viele Anwendungen werden winzige Proben an eine etwas größere mikroskopische Perle gebunden. Mit mehreren Laserpinzetten können sogar Teile eines Moleküls herausgezogen und ausgestreckt werden, sodass Wissenschaftler beobachten können, wie es zurückschnappt. Dies ist unglaublich hilfreich bei der Aufklärung ihrer subtilen chemischen Eigenschaften.
Das Phänomen der optischen Streuung durch mikroskopische Partikel wurde erstmals 1970 vom Bell Labs-Wissenschaftler Arthur Ashkin beschrieben. 1986 verfassten der Wissenschaftler Steven Chu und andere einen Artikel zu diesem Thema und verbesserten die Systeme erheblich. Dr. Chu setzte die Laserpinzette in einer Vielzahl nützlicher Bereiche ein, einschließlich der Kühlung von Atomen durch Anhalten, und gewann 1997 den Nobelpreis für Physik für seine harte Arbeit.
Laserpinzetten waren bei der Untersuchung von winzigen Merkmalen in biologischen Maschinen von unschätzbarem Wert, wie etwa den allgegenwärtigen biologischen Motoren, die die Bewegung in der Zelle antreiben. Dies trägt zur Entstehung der Nanotechnologie bei und erweitert unser Wissen über die Biologie erheblich. Mithilfe von Laser-Pinzetten-Sonden des Zytoskeletts von Zellen konnten Wissenschaftler eine hochauflösende Karte der Zelle erstellen, die detaillierter ist, als andere Ansätze dies hätten bewirken können. Laserpinzetten sind nach wie vor ein heißes Forschungsgebiet, und unerschrockene Teams in Berkeley, Stanford, MIT und vielen anderen Universitäten nutzen die Untersuchungsmöglichkeiten, die die Technologie bietet.