Пальцы из лазерного света: контролируемый захват и вращение биологических микротел

28 Дек 2021 | Автор: | Комментариев нет »

Мы можем проверять качество и свежесть фруктов и овощей пальцами, и даже промышленные роботы уже много лет успешно работают с тактильными приложениями. Но как можно захватить и повернуть предметы шириной с человеческий волос? Профессор доктор Александр Рорбах из факультета микросистемной инженерии Университета Фрайбурга и его команда опубликовали исследование по этому вопросу в журнале Nature Communications. Их работа демонстрирует, как несколько оптических пинцетов, сделанных из сильно сфокусированного лазерного света, однажды смогут захватывать кластеры клеток контролируемым образом и вращать их в любом желаемом направлении. Это позволит более детально изучать под микроскопом крошечные объекты, такие как миниатюрные опухоли.

Пальцы из лазерного луча

В лаборатории захватные пальцы соответствуют так называемым оптическим пинцетам, которые генерируются сильно сфокусированным лазерным светом. Отличительным преимуществом легких пинцетов является то, что в отличие от механических пинцетов они могут создавать силы или крутящие моменты даже при захвате прозрачных предметов.

Компьютерно-голографические оптические пинцеты, способные фокусировать лазерный свет пиксель за пикселем в произвольной и множественной конфигурациях, в течение многих лет использовались для управления положением нескольких захватывающих свет пальцев одновременно в трехмерном пространстве. Этот метод существует в исследовательских лабораториях почти два десятилетия, но не может воздействовать силой и крутящим моментом на более крупные объекты, то есть те, которые имеют диаметр больше примерно 1/10 мм. Пинцет сталкивается с трудностями, потому что объекты слишком велики и медлительны, чтобы их можно было произвольно и стабильно вращать в водном растворе, поскольку оптический пинцет либо недостаточно прочен, либо не может найти хорошее положение для захвата и, следовательно, соскользнет. Примечательно, что причина, по которой они не могут найти лучшую позицию для захвата, заключается в том, что они вообще не ищут ее, а хватают вслепую,

А вы знали что есть лазерная порезка металла, какие металлы можно резать? И как это происходит, можно узнать по ссылке.

Концепция неслепого оптического пинцета

«Неслепой пинцет видит, за что хватается, измеряя и анализируя свет, рассеянный на объекте», - объясняет Рорбах. «Мы видим различные объекты глазами, потому что солнечный свет или свет в помещении рассеиваются на них и воспроизводятся на нашей сетчатке». Лазерный пинцет может захватывать прозрачные предметы. Однако объекты биологических исследований, которые ученые изучают под микроскопом, такие как кластеры клеток, такие как миниатюрные опухоли или маленькие эмбрионы мух, не полностью прозрачны, а ведут себя как матовое стекло в окне ванной комнаты, где свет рассеивается после прохождения и поэтому его трудно анализировать. . Новая концепция наблюдения за тем, куда идет пинцет, заключается в анализе расфокусированного лазерно-рассеянного света на быстрой камере позади объекта, который служит сигналом обратной связи. Чем более асимметричны световые пятна отдельных световых пинцетов на камере, тем больше света в фокусе рассеивается, что приводит к большему изменению показателя преломления в соответствующей точке объекта. Это точки, в которых оптический пинцет может эффективно захватывать объект. С точки зрения физики, локальное изменение поляризации вещества приводит к увеличению оптической дипольной силы.

По словам Рорбаха, поразительной особенностью принципа определения наилучшего положения захвата является то, что рассеяние света, то есть изменение импульса, намного сильнее непосредственно в фокусе лазера, чем перед фокусом или за ним. Каждый из примерно пяти-десяти оптических пинцетов должен чувствовать лучшую позицию захвата на основе рассеянного света, чтобы вращать объект в разных направлениях. Однако, если один из пинцетов приложит слишком много усилий, другой пинцет может потерять фиксацию. «Это очень сложная задача оптимизации, над которой мы будем ломать голову в ближайшие годы», - говорит Рорбах. Его видение состоит в том, что в случае успеха принцип бесконтактного хранения образцов будет интегрирован в микроскопы будущего.

Исследовательский проект финансировался в рамках Фрайбургского кластера передового опыта BIOSS и CIBSS.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Twitter-новости
Наши партнёры
Читать нас
Связаться с нами
Наши контакты

hardlod@gmail.com

О сайте

Все материалы на данном сайте взяты из открытых источников — имеют обратную ссылку на материал в интернете или присланы посетителями сайта и предоставляются исключительно в ознакомительных целях. Права на материалы принадлежат их владельцам. Администрация сайта ответственности за содержание материала не несет. Если Вы обнаружили на нашем сайте материалы, которые нарушают авторские права, принадлежащие Вам, Вашей компании или организации, пожалуйста, сообщите нам.