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¿Cuáles son pinzas ópticas?

En 2018, concedieron Arturo Ashkin el Premio Nobel Para su trabajo que describía las “herramientas hechas de luz”. Esto refiere a las pinzas ópticas, que son los instrumentos que utilizan un de rayo láser altamente enfocada al ` precisan' o inmovilizan, usando una fuerza física, un objeto microscópico.

Los objetos microscópicos se pueden también mover usando este fenómeno. En este campo, se ven como pinzas que operen más o menos de la misma manera la variedad macroscópica convencional. Los Bioscientists pueden utilizar estas herramientas para explorar las macromoléculas biológicas en el micronivel.

Esto ha permitido considerables adelantos en conocimiento de la estructura y del movimiento macromoleculares. También se ha ejecutado conjuntamente con otras técnicas tales como espectroscopia de Raman, que habilita la identificación de células sanas o cacerígenas.

Explotar los fotones usando los laseres para producir las pinzas

Las pinzas ópticas también se conocen como trampas ópticas. Explotan el fenómeno de la luz que ejerce la fuerza en materia. Las partículas dieléctricas, que son los aisladores eléctricos que se pueden polarizar por un campo eléctrico, se atraen a y se llevan a cabo cerca de un de rayo láser altamente enfocada, es decir la trampa.

Los fotones que comprenden el haz luminoso cada uno llevan impulso, y por lo tanto ejercen colectivamente la fuerza. Un gradiente de campo eléctrico resultante también se produce, que es bastante fuerte llevar a cabo la partícula dieléctrica en una posición. Estas trampas pueden ser manipuladas de modo que no interfieran con el movimiento producido por las únicas moléculas.

Pinzas ópticas

Estas partículas dieléctricas son típicamente molduras hechas del poliestireno o del sílice, μm ∼1 en diámetro. Las macromoléculas o las molduras biológicas se atraen al campo eléctrico generado por los fotones de la luz. Permanecen en esta posición, permitiendo que las observaciones sean hechas.

La fuerza y los movimientos que están implicados en la acción recíproca entre la moldura y la molécula partnering pueden ser medidos o ser manipulados moviendo la trampa. En teoría, el mismo tipo de experimento se puede realizar con los microscopios atómicos de la fuerza (AFMs) o los microneedles, sin embargo, estas antenas muestran mucho menos concordancia y no permitirán a la generación de la fuerza por las únicas moléculas ser descubiertos.

Usos de pinzas ópticas

Las pinzas ópticas se utilizan extensamente en la física, la química, y la biología. Son especialmente útiles en únicos estudios de la molécula. El primer uso documentado de trampas ópticas en los años 70 estaba en la interceptación de virus y de bacterias. Esto requirió la manipulación cuidadosa de la longitud de onda atrapar las células bacterianas. De acuerdo con este trabajo, los investigadores tuvieron éxito en atrapar diversos tipos de la célula, tales como algas verdes, amebas, y otros protozoos.

La investigación pionera por Ashkin y otros demostró que un de rayo láser alto-enfocada generada usando un microscopio podría atraer partículas hacia él, y cambio posteriormente la colocación de la partícula debido a su atracción al punto focal del laser.

Este campo de la biofísica se ha beneficiado grandemente del uso de pinzas ópticas. pueden ser utilizadas para clasificación las células sanas, determinan las células cacerígenas, y miden los movimientos del nanoscale de objetos atrapados y de las fuerzas que ejercen. Esto ha ayudado en la aclaración de cómo los motores moleculares, que generan el movimiento en organismos y organelos microscópicos, función.

Los motores moleculares ofrecen extensamente en biología, en la contracción muscular y la generación de ATP en las mitocondrias, por ejemplo. Los usos nuevos de pinzas ópticas han incluido la medición del mecánico una propiedad elástico de las moléculas biológicas dominantes tales como DNA.

El trabajo de Ashkin comprendió una mitad del Premio Nobel 2018 En la física, con el trabajo de Gérard Mourou y Donna Strickland que era concedido en común para su revelado del ` gojeó amplificación del pulso' (CPA). CPA describe un método para producir pulsos cortos, de alta intensidad del laser.

Antes de este trabajo, la producción de pulsos ultrarrápidos había sido bloqueada por la tecnología limitada del tiempo. La generación de altas intensidades era imposible debido al daño causado al amplificador. Con la ruptura de CPA, la intensidad del laser podía ser duplicada aproximadamente.

La técnica estira únicamente una pulsación de luz corta encendida de un laser, que redujo su potencia máxima. El pulso estirado entonces se amplifica antes de ser comprimido a su magnitud inicial, dando por resultado una intensidad dramáticamente creciente del laser. Los pulsos resultantes del laser son increíblemente abreviados y muy afilados, una propiedad que sea deseable en cirugía del aro del laser corregir la miopía

Las pinzas ópticas son una herramienta técnica que utiliza el fenómeno de la interceptación óptica. Esto habilita la manipulación de pequeños objetos en el nivel de la microescala. Específicamente, un de rayo láser apretado enfocada es, en efecto, la trampa óptica. Cualquier objeto cerca del punto focal experimenta una interacción de las fuerzas atractivas y repulsivas que culminan para producir una fuerza de fijación.

La producción de una trampa tan óptica requiere varias condiciones. Éstos incluyen una amortiguación débil en la longitud de onda en la cual la interceptación ocurre, un índice de refracción que supere el índice de refracción del ambiente circundante, y la diapositiva parcial. La trampa óptica, debido a sus limitaciones, se ha adaptado usando las pinzas ópticas, que no atrapan directamente el objeto sí mismo. En lugar, operan como una antena, una maneta, o marcador.

Fuentes

  • K. Schakenraad, A.S. Biebricher, M. Sebregts, B. diez Bensel, E.J.G. Peterman, G.J.L. Wuite, I. Heller, C. Storm, y P. van der Schoot, “DNA de Hyperstretching,” nacional. Commun. 8, 2197 (2017).
  • A. Ashkin, J.M. Dziedzic, J.E. Bjorkholm, y Steven Chu, “observación de una trampa óptica de la fuerza del gradiente del único-haz para las partículas dieléctricas,” optan. Lett. 11, 288 (1986).
  • A. Ashkin, Karin Schütze, J.M. Dziedzic, U. Euteneuer, y M. Schliwa, “generación de la fuerza de transporte del organelo midieron in vivo por una trampa infrarroja del laser,” la naturaleza 348, 346 (1990).
  • D. Strickland y G Mourou, “compresión de pulsos ópticos gojeados amplificados,” opta. Commun. 56, 219 (1985).

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Last Updated: May 30, 2019

Hidaya Aliouche

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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