Оптические пинцеты (ОП), также известные как оптические ловушки, представляют собой сильно сфокусированные лазерные лучи, которые можно использовать для захвата и манипулирования микроскопическими объектами с помощью бесконтактной силы. Используемые в широком спектре нано- и микромасштабных операций, ОТ стали особенно полезными при манипулировании биологическими объектами, включая клетки человека.

Новый обзор, опубликованный в EPJ Plus, рассказывает о последних достижениях ОТ за последние десятилетия. Авторами обзора являются исследователи из Колледжа информационных наук и инженерии Северо-восточного университета Шэньяна, Китай — Шэн Ху, Цзюнь-янь Е, Юн Чжао и Чэн-Лян Чжу.

«Хорошо известно, что клетка является основной единицей человеческой жизни. Если бы мы могли понять мутацию, пролиферацию и некроз клеток, болезни внутри человеческого тела были бы обнаружены и решены на уровне клетки», — говорит Ху. . «Таким образом, оптический пинцет можно считать пионером, который использовал для ограничения этих молекул, чтобы более точные биоизмерения могли фиксировать изменения в одной клетке, включая белок, митохондрии и ДНК».

Авторы начинают с объяснения происхождения ОТ, восходящего к работам Джеймса Клерка Максвелла, и того факта, что свет, несмотря на отсутствие массы, может обладать импульсом. Таким образом, импульс света мог создавать в материи механический эффект. Позже эта концепция развилась в идею о том, что маленькие частицы могут быть подвешены с помощью оптических устройств.

Авторы отмечают, что появление лазерных инструментов — когерентного света с высокой интенсивностью и хорошими монохроматическими характеристиками — привело к оптическим манипуляциям с такими микрочастицами, при этом стабильное улавливание микрочастиц было достигнуто в 1986 году.

К настоящему времени ОТ достигли стадии, на которой их можно использовать для улавливания, сортировки, транспортировки и обогащения различных биологических частиц. Для более сложных и деликатных задач одиночные оптические лучи теперь поддерживаются такими устройствами, как акустооптические модуляторы и электрические вибрирующие зеркала.

Исследователи добавляют, что теперь OT можно использовать для сопровождения новой установки микроскопии под названием «человеческий яркий глаз» для выявления микроструктуры, состоящей из микро/наночастиц. Это означает, что ОТ могут действовать как «человеческие тонкие пальцы», деликатно удерживая эти частицы, в то время как искусственный человеческий глаз исследует их.

Команда подробно описывает преимущества, которые OT предлагают по сравнению с аналогичными методами, такими как атомно-силовые микроскопы (AFM), магнитный пинцет (MT) и акустический пинцет (AT). Эти преимущества включают в себя обеспечение более тонкой силы, их неинвазивный характер и тот факт, что они состоят из нескольких оптических компонентов.

Это означает, что оптические манипуляции и OT нашли применение в таких разнообразных областях, как биология, фармакология и области клинических исследований, захватывая нано- и микрочастицы от молекул до клеток.

«Учитывая потенциальное применение OT в «реальном мире», предстоит еще долгий путь», — заключил Ху. «Например, проблема радиационного воздействия на клетки или белки нуждается в доработке. Более того, добиться устойчивости оптических картин к субмикроразмерным частицам по-прежнему сложно, что отражает сложную оптическую настройку. Хотя это может привести к путанице, а иногда и к разочарованию. , интригующие биологические презентации мотивируют нас способствовать прогрессу техники».