Indfangning af nanopartikler med optisk pincet

Ved at udnytte en bestemt egenskab ved lysdiffraktion ved grænsefladen mellem et glas og en væske, forskere har demonstreret den første optiske pincet, der er i stand til at fange partikler i nanoskala.

Optisk pincet er en hurtigt voksende teknologi, og har åbnet op for en bred vifte af forskningsapplikationer i de senere år. Enhederne fungerer ved at fange partikler i brændpunkterne for stramt fokuserede laserstråler, giver forskere mulighed for at manipulere objekterne uden fysisk kontakt. Indtil nu, optisk pincet er blevet brugt til at begrænse objekter kun mikrometer på tværs - men der er nu et voksende ønske blandt forskere om at udvide teknologien til partikler i nanometerskala. I ny forskning offentliggjort i EPJ E , Janine Emile og Olivier Emile ved universitetet i Rennes, Frankrig, demonstrere et nyt pincetdesign, hvilket gjorde det muligt for dem at fange fluorescerende partikler kun 200 nanometer på tværs for første gang.

Hvis det gøres tilgængeligt til udbredt brug, optiske fælder i nanoskala kan bruges til eksperimentelle procedurer, der kræver ekstreme grader af præcision - inklusive direkte målinger af kræfter i nanoskala, ændringer af cellemembraner, og manipulationer af vira og DNA-strenge. Emile og Emiles design var baseret på "Arago-pletter":lyse lyspunkter, der dannes i centre af cirkulære skygger, efterhånden som lyset diffrakterer omkring objekterne, der skaber dem. Ud over, de stolede på princippet om 'total intern refleksion' – hvor lysstråler, der rammer en glas-væske-grænseflade i den helt rigtige vinkel, reflekteres perfekt.

I forsøget, duoen affyrede en perfekt justeret laserstråle på grænsefladen mellem en glasplade, og en væske indeholdende suspenderede fluorescerende nanopartikler; med en uigennemsigtig cirkulær skive, der delvist blokerer dens vej. Den resulterende Arago-plet blev derefter fuldstændig afspejlet ved grænsefladen, skabe en eksponentielt falmende bølge, som løb ud fra stedet i alle retninger. Endelig, suspenderede nanopartikler kunne placeres inde i denne donutformede bølge, og ophidset af en separat laser til selv at udsende lys. De resulterende kræfter påført af disse lysbølger fik partiklerne til at blive tæt indesluttet på Arago-stedet. Med yderligere forbedringer til denne opsætning, optisk pincet i nanoskala kan snart åbne nye muligheder for forskning, inden for områder lige fra medicin til kvantecomputere.