Ny optisk pincet kan fange store og uregelmæssigt formede partikler
Forskere har udviklet en ny optisk pincet, der stabilt kan fange partikler, der er store - omkring 0,1 mm - og uregelmæssigt formede. Mens konventionel optisk pincet bruger stærkt fokuserede laserstråler til at fange mikro- eller nanoskala stavformede eller sfæriske partikler, kan fremskridtet udvide lysbaseret fangst til en bredere vifte af objekter såsom grupper af celler, bakterier og mikroplastik.
"Vores mål er at udvikle et miljømålesystem, der kan inspicere individuelt mikroplastik i detaljer," sagde leder af forskningsteamet Satoru Takahashi fra Tokyo University i Japan.
"Da mikroplast i miljøet varierer meget i størrelse og form, begyndte vi med at udvikle en metode til at kontrollere positionen og orienteringen af partikler, inklusive dem, der er store og uregelmæssigt formede."
I tidsskriftet Optics Letters , beskriver forskerne det, de kalder kontursporende optisk pincet. Disse pincet bruger billedbehandling til at udtrække konturen af målpartiklen fra mikroskopkamerabilleder og derefter automatisk forme det scanningslysmønster, der bruges til indfangning, så det matcher den udtrukne kontur i realtid.
"Vores nye optiske pincet kan potentielt bruges med levende organismer såsom plankton og 3D-dyrkede celler såvel som miljøprøver," sagde avisens første forfatter Ryohei Omine.
"Dette ville muliggøre observation og analyse med præcis manipulation, hvilket ville bidrage til en dybere forståelse af deres adfærd i forskellige sammenhænge. For eksempel kunne analyse af mikroplastiks adfærd informere mere effektive foranstaltninger til at afbøde forurening og derved forbedre menneskers sundhed og miljøbevarelse. "
Fælge, der tilpasser sig
Konventionel optisk pincet kan typisk kun fange symmetriske former som kugler og stænger, fordi former, der er asymmetriske eller forvrængede, forårsager, at de kræfter, som lyset udøver på objektet, bliver ubalancerede. Dette fører til ukontrollerbar rotation eller forskydning fra laserens brændpunkt.
Den nye optiske pincet overvinder denne begrænsning ved at scanne laserbrændpunktet langs målpartiklens ekstraherede kontur og afbalancere de optiske kræfter omkring uregelmæssigt formede partikler. Derudover kan størrelsen af scanningslysmønstre justeres automatisk, så de passer til målstørrelsen, så den kan bruges på partikler større end 0,1 mm.
"Selvom der er blevet demonstreret mod-udbredende stråler til at fange store partikler, mangler disse den stabilitet og kontrollerbarhed, der er nødvendig for uregelmæssigt formede partikler," sagde Takahashi.
"Vores konturekstraktionsskema tilbyder et levedygtigt alternativ og kan også anvendes til holografiske optiske pincet, som bruger rumlige lysmodulatorer til at forme laserstrålen til 3D-mønstre, hvilket tillader samtidig manipulation af flere partikler med høj præcision."
Opfangning af vidt forskellige partikler
Forskerne lavede den kontursporende optiske pincet ved at integrere en billedbehandlingsenhed i realtid med et 2D-manipuleret optisk pincetsystem baseret på galvanometerspejle. De brugte derefter denne opsætning til at fange uregelmæssigt formede polystyrenpartikler, fra 0,05 til 0,12 mm i størrelse, skabt ved at polere en polystyrenske med en fil.
Resultaterne viste, at den nye optiske pincet kunne give stabil indfangning af store, uregelmæssige partikler, som er svære at fange med en konventionel optisk pincet. Dette blev opnået uden forudgående kendskab til partikelmorfologi og uden behov for dobbeltsidet laserbelysning, hvilket demonstrerer denne tilgangs alsidighed og skalerbarhed.
Selvom forskerne har vist, at stabil indfangning er mulig, arbejder de nu på at kontrollere partiklernes positioner og orienteringer præcist for at tillade detaljerede prøveobservationer med aktiv manipulation. De planlægger at gøre dette ved at forbedre lysmønstergenereringsprocessen ved at inkorporere modulering af konturformen baseret på partiklernes bevægelse.
Flere oplysninger: Ryohei Omine et al., Manipulering af store, uregelmæssige partikler ved hjælp af kontursporende optisk pincet, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.524424
Journaloplysninger: Optikbogstaver
Leveret af Optica
Varme artikler
-
Kvanteinterferens rettet chiral Raman-spredning i 2-D-enantiomererChiral Raman-respons af monolag ReS2. (a) Optisk opsætning af de chirale Raman-spredningsmålinger; (b) Egenvektorerne for de Raman-aktive vibrationstilstande (I-VI) i henhold til beregninger af densit -
Kvantecomputere bliver bærbareKredit:Infineon Østrig Sammen med universitetet i Innsbruck, ETH Zürich og Interactive Fully Electrical Vehicles SRL, Infineon Austria forsker i specifikke spørgsmål om kommerciel brug af kvanteco -
Fra sommerfuglens fløj til tornadoen:Forudsiger turbulensEt analyseret øjebliksbillede af et øjeblik med turbulent strømning, I dette tilfælde, en nøjagtig sammenhængende struktur (ECS). Kredit:Georgia Tech / Schatz / Grigoriev Et gammelt ordsprog siger -
Baner vejen:En accelerator på en mikrochipAcceleratorchip på spidsen af en finger, og et elektronmikroskopbillede af chippen. Kredit:Hagen Schmidt / Andrew Ceballos Elektriske ingeniører i acceleratorfysikgruppen på TU Darmstadt har udv