Forskere opfandt metode til at fange bakterier med fotonisk krog

Et internationalt forskerhold har opdaget en ny type buet lysstråle kaldet en "fotonisk krog". Fotoniske kroge er unikke, da deres krumningsradius er to gange mindre end deres bølgelængde. Dette er den mindste krumningsradius for elektromagnetiske bølger, der nogensinde er registreret. Fotoniske kroge kan forbedre opløsningen af ​​optiske systemer og kontrollere bevægelsen af ​​nanopartikler, individuelle celler, virus eller bakterier. Resultaterne af denne forskning blev offentliggjort i Optik bogstaver og Videnskabelige rapporter .

"Den fotoniske krog dannes, når vi leder en plan lysbølge til en dielektrisk partikel med en asymmetrisk form, "siger Alexander Shalin, leder af International Laboratory of Nano-opto-mechanics ved ITMO University. "Vi studerede en partikel kaldet en kuboid. Den ligner en terning med et prisme placeret på den ene side. På grund af denne form, tidspunktet for den komplette fase af bølgesvingningerne varierer uregelmæssigt i partiklen. Som resultat, den udsendte lysstråle bøjer. "

Forskere har vist, at den fotoniske krogs krumningsradius kan være meget mindre end dens bølgelængde. Krumningen kan også justeres ved at variere bølgelængde, indfaldende lyspolarisering samt geometriske parametre for den emitterende partikel. Denne egenskab kan bruges til at omdirigere et optisk signal, at overvinde diffraktionsgrænsen i optiske systemer eller at flytte individuelle partikler i nanoskalaen.

"Denne idé blev oprindeligt foreslået af vores kolleger fra Tomsk State University. Så snart vi lavede de nødvendige beregninger og beskrev dette fænomen, vi besluttede at kontrollere, om en fotonkrog kunne bruges i optomekanik, " - siger Sergey Sukhov, forsker ved University of Central Florida - "Det viste sig, at med en fotonisk krog, vi kan lave en manipulator til at flytte partikler langs en buet sti omkring gennemsigtige forhindringer. Dette er muligt på grund af strålingstryk og gradient optisk kraft. Når en partikel rammer området med den højeste intensitet af strålen, gradientkraften holder den inde i strålen, mens strålingstrykket skubber den langs den buede vej for energistrømspredning. "

En sådan metode til kontrol af partikelbevægelse er lovende for optofluidics. Denne teknologi bruger lysstråler til at lede mikrostrømme af opløste nano- og mikropartikler. Dette gør det muligt for forskere at lave mikroreaktorer på chips og undersøge, for eksempel, bakterie, virus eller individuelle celler.

"Vi skal nu lave et eksperiment og forsøge at flytte bakterier langs en buet bane med en fotonisk krog, "Alexander fortsætter." Først og fremmest, vi har brug for at få selve krogen under eksperimentelle forhold. Vi skal kontrollere, for eksempel, hvis et substrat under vores kuboid ville påvirke krogemissionen. Dernæst laver vi en prototype af mikroreaktoren og studerer, hvordan partikler bevæger sig. "

Det teoretiske grundlag for de kommende eksperimenter omfatter to artikler, der allerede har fanget det videnskabelige samfunds opmærksomhed. "Referenceartiklen, der beskriver selve den fotoniske krog, blev efterfulgt af en artikel om dens optomekaniske anvendelse, "Siger Sergey." Allerede før det første papir blev udgivet, MIT inkluderede det i sin ugentlige gennemgang af de mest interessante fortryk. Men det rejste også en masse spørgsmål fra anmelderne. Kort efter at den blev offentliggjort, det ramte de øverste downloads på Optik bogstaver internet side. Til den tid, den anden artikel om optomekanik blev accepteret til udskrivning. Vi håber, at resultaterne af vores eksperimenter vil skabe endnu større interesse. "