Co to są pincety laserowe?

Pincety laserowe, znane również jako pincety optyczne, wykorzystują wiązki laserowe do wychwytywania mikroskopijnych lub nanoskopowych cząstek z precyzyjnym trójwymiarowym pozycjonowaniem. Wiązki laserowe wykorzystują zjawisko zwane niedopasowaniem współczynnika załamania światła. Widzimy to za każdym razem, gdy patrzymy na słomkę w szklance wody. W małych skalach subtelne zgięcie światła przez cząstkę powoduje przeniesienie na nią pędu, powodując niewielką siłę przyciągania lub odpychania. Rezultatem jest wyjątkowo drobnoziarnista precyzja i kontrola nad pojedynczą cząsteczką w wiązce, kontrola w skali subnanometrycznej.

Pincety laserowe działają tylko wtedy, gdy zastosowany materiał jest dielektryczny, co oznacza izolator przeciwny polom elektromagnetycznym. Zogniskowany laser w pincetach laserowych wytwarza pole elektromagnetyczne w postaci skondensowanego światła. Laserową pęsetę można wykorzystać do lewitacji bakterii, wirusów, a nawet pojedynczych atomów i cząsteczek. W wielu zastosowaniach małe próbki są przymocowane do nieco większej mikroskopijnej kulki. Wiele laserowych pincet może być nawet używanych do ciągnięcia części cząsteczki, rozciągania jej i umożliwiania naukowcom obserwacji, jak się odskakuje. Jest to niezwykle pomocne w wyjaśnianiu ich subtelnych właściwości chemicznych.

Zjawisko optycznego rozpraszania przez mikroskopijne cząstki po raz pierwszy zgłosił naukowiec z Bell Labs, Arthur Ashkin w 1970 roku. Następnie, w 1986 roku, naukowiec Steven Chu i inni napisali artykuł na ten temat i znacznie poprawili systemy. Dr Chu zastosował pęsety laserowe w wielu różnych użytecznych obszarach, w tym w chłodzeniu atomów poprzez zatrzymanie ich na miejscu, i wygrał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1997 roku za swoją ciężką pracę.

Laserowe pęsety okazały się nieocenione w badaniach nad drobnymi cechami maszyn biologicznych, takimi jak wszechobecne silniki biologiczne, które napędzają ruch w komórce. Przyczynia się to do rozwoju nauki o nanotechnologii i znacznie poszerza naszą wiedzę na temat biologii. Sondowanie laserowe cytoszkieletu komórek za pomocą pęsety pomogło naukowcom w stworzeniu mapy komórki w wysokiej rozdzielczości, zawierającej więcej szczegółów niż w przypadku innych podejść. Pincety laserowe nadal są gorącym obszarem badań, a nieustraszone zespoły z Berkeley, Stanford, MIT i wielu innych uniwersytetów wykorzystują możliwości badawcze, jakie oferuje ta technologia.