Optická manipulace.pdf - FBMI
Optická manipulace.pdf - FBMI Optická manipulace.pdf - FBMI
Optické pinzety (optical tweezers) (T. Prnka, K. Šperling, 2 Biotechnol., 7RP, 2006) Optická pinzeta je zařízení, které využívá mechanického účinku fokuzovaného svazku k prostorovému zachycení a přemisťování průsvitných mikroobjektů a nanoobjektů. Laserový svazek je fokuzován velmi kvalitním objektivem mikroskopu do stopy v rovině vzorku. Stopa vytváří „optickou past“ , která je schopna tlakem laserového záření udržet malou částici ve svém středu. Základní princip činnosti optické pinzety spočívá v přenosu hybné síly (hybnosti) spojené s ohybem světla. Světlo přenáší hybnou sílu úměrnou své energii a směru šíření. Jakákoliv změna ve směru světla, ať odrazem nebo lomem, má za následek změnu hybnosti světla. Ohýbá- li předmět světlo a hybnost se mění, zachování energie vyžaduje, aby předmět provedl stejně velkou opačnou změnu hybnosti. Tím vzniká síla působící na předmět.
- Page 2 and 3: Optické pinzety (optical tweezers)
- Page 4: Optická manipulace Mikroskopické
Optické pinzety (optical tweezers) (T. Prnka, K. Šperling, 2 Biotechnol., 7RP, 2006)<br />
<strong>Optická</strong> pinzeta je zařízení, které využívá mechanického účinku<br />
fokuzovaného svazku k prostorovému zachycení a přemisťování<br />
průsvitných mikroobjektů a nanoobjektů.<br />
Laserový svazek je fokuzován velmi kvalitním objektivem<br />
mikroskopu do stopy v rovině vzorku. Stopa vytváří „optickou past“ ,<br />
která je schopna tlakem laserového záření udržet malou částici ve<br />
svém středu.<br />
Základní princip činnosti optické pinzety spočívá v přenosu hybné<br />
síly (hybnosti) spojené s ohybem světla.<br />
Světlo přenáší hybnou sílu úměrnou své energii a směru šíření.<br />
Jakákoliv změna ve směru světla, ať odrazem nebo lomem, má za<br />
následek změnu hybnosti světla.<br />
Ohýbá- li předmět světlo a hybnost se mění, zachování energie<br />
vyžaduje, aby předmět provedl stejně velkou opačnou změnu<br />
hybnosti. Tím vzniká síla působící na předmět.
Optické pinzety (optical tweezers) (T. Prnka, K. Šperling, 2 Biotechnol., 7RP, 2006)<br />
Zatímco AFM je relativně tuhé zařízení a používá velké síly (řádově<br />
100 – 1000 pN), jsou optické pinzety měkké a měří menší síly v řádu<br />
0.1 -10 pN.<br />
Radiační tlak fokuzovaného laserového paprsku je schopen zachytit<br />
malé částice. V biologických vědách se zařízení používá pro aplikování<br />
sil v oboru pN a pro měření vzdáleností a rozměrů objektů v rozsahu od<br />
10 do 100 nm.<br />
Je možno zachytit lehké částice ve světelném svazku a to buď pomocí<br />
radiačního tlaku, nebo pomocí jevu gradientu intenzity ve svazku.<br />
Podobně jako STM manipuluje s atomy, je možné použít světelné pole<br />
v těsné blízkosti povrchu k manipulaci s částicemi.<br />
Mechanické účinky laserových svazků se používají k řízení pohybů a<br />
chování dielektrických částic v roztoku.
<strong>Optická</strong> <strong>manipulace</strong>
<strong>Optická</strong> <strong>manipulace</strong><br />
Mikroskopické objekty o velikosti jednoho atomu, jsou manipulovány<br />
světelným zářením. Tlak záření fokuzovaného laserového svazku malou<br />
částici zachytí. Jsou vyvinuty síly řádu pN a je měřeno přemístění<br />
objektů o rozměrech 10 nm až 100 nm.<br />
Princip : laserový svazek je fokuzován vysoce kvalitním optickým<br />
mikroskopem do malé stopy, do roviny vzorku. Síla světla, která působí<br />
na částici se skládá z rozptylu světla a gradientních sil.<br />
Aplikace : <strong>manipulace</strong> s dielektrickými sférickými tvary, viry,<br />
bakteriemi, živými buňkami, malými kovovými částicemi, DNA.
Pro vytvoření stabilní „pasti“<br />
(obr. vpravo) musí mít<br />
fokuzované světlo<br />
třídimenzionální gradient<br />
intenzity. V takovém případě je<br />
kulička osvětlena fokuzovaným<br />
svazkem světla s radiálním<br />
gradientem intenzity. Po odrazu<br />
vznikají síly směřující do<br />
ohniska. Šedé paprsky<br />
reprezentují síly. Vzájemná<br />
laterální rovnováha sil a axiální<br />
síly je vyvážena změnou<br />
rozptylové síly (není<br />
zachyceno)<br />
Optické paprsky mají gradient intenzity (obr. vlevo). Transparentní kulička je osvětlena<br />
paralérními svazky s gradientem intenzity zvyšujícím se zleva doprava. Vidíme dva<br />
reprezentativní svazky světla různé intenzity (čáry různé tloušťky). Lom paprsků na<br />
kuličce změní hybnost fotonů a ta je úměrná změně směru vstupních a výstupních<br />
svazků. Ze zákona zachování energie říká že změna hybnosti kuličky vyvolá opačnou<br />
změnu, která je označena šedou čarou. Výsledná síla kuličky směřuje doprava, ve<br />
směru gradientu, a lehce dolů.