Wat zijn laserpincetten?
Laserpincetten, ook bekend als optische pincetten, gebruiken laserstralen om microscopische of nanoscopische deeltjes met precieze 3-dimensionale positionering vast te leggen. De laserstralen profiteren van een fenomeen dat brekingsindexmismatch wordt genoemd. We zien dit wanneer we naar een rietje in een glas water kijken. Op kleine schalen resulteert de subtiele buiging van licht door het deeltje erin dat momentum eraan wordt overgebracht, met een kleine aantrekkelijke of afstotende kracht. Het resultaat is een uiterst fijnkorrelige precisie en controle over een enkel deeltje in de straal, controle op sub-nanometer schalen.
Het laserpincet werkt alleen wanneer het gebruikte materiaal diëlektrisch is, wat betekent een isolator die wars is van elektromagnetische velden. Een gerichte laser in het laserpincet genereert een elektromagnetisch veld in de vorm van gecondenseerd licht. De laserpincetbenadering kan worden gebruikt om bacteriën, virussen en zelfs afzonderlijke atomen en moleculen te laten zweven. Voor veel toepassingen worden kleine monsters bevestigd aan een iets grotere microscopische kraal. Meerdere laserpincetten kunnen zelfs worden gebruikt om delen van een molecuul te trekken, het uit te rekken en wetenschappers in staat te stellen te observeren hoe het terugschiet. Dit is ongelooflijk behulpzaam bij het ophelderen van hun subtiele chemische eigenschappen.
Het fenomeen van optische verstrooiing door microscopische deeltjes werd voor het eerst gemeld door Bell Labs-wetenschapper Arthur Ashkin in 1970. Vervolgens schreven wetenschapper Steven Chu en anderen in 1986 een paper over het onderwerp en verbeterden de systemen enorm. Dr. Chu ging verder met het toepassen van het laserpincet in een breed scala aan nuttige gebieden, inclusief het afkoelen van atomen door ze op hun plaats te houden, en won de 1997 Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn harde werk.
Laserpincetten zijn van onschatbare waarde geweest in de studie in kleine functies in biologische machines, zoals de alomtegenwoordige biologische motoren die beweging in de cel aandrijven. Dit draagt bij aan de opkomende wetenschap van nanotechnologie en vergroot onze kennis van biologie enorm. Met behulp van laserpincetten op basis van het cytoskelet van cellen hebben wetenschappers een kaart met een hoge resolutie van de cel gemaakt, met meer details dan andere benaderingen hadden kunnen produceren. Laserpincetten blijven een hot onderzoeksgebied, met onverschrokken teams in Berkeley, Stanford, MIT en vele andere universiteiten die de onderzoeksmogelijkheden benutten die de technologie te bieden heeft.