موچین های اپتیکی چیست؟

در سال 2018، آرتور اشکین جایزه نوبل را برای کار خود به نام «ابزار ساخته شده از نور» جایزه نوبل دریافت کرد. این به صورتی نوری اشاره دارد که ابزارهایی هستند که از یک پرتو لیزری بسیار متمرکز استفاده می کنند تا به پین کردن برسند یا از یک نیروی فیزیکی، یک شیء میکروسکوپی استفاده کنند.

اشیاء میکروسکوپی ممکن است با استفاده از این پدیده منتقل شوند. در این زمینه، آنها به عنوان شمشیرهایی دیده می شوند که به طریقی مشابه انواع مختلف مغناطیسی عمل می کنند. دانشمندان علوم زیستی می توانند از این ابزار برای کشف ماکرومولکول های بیولوژیکی در سطح میکرو استفاده کنند.

این امر باعث پیشرفت قابل توجهی در شناخت ساختار و جنبش ماکرومولکولی شده است. این نیز در ارتباط با تکنیک های دیگر مانند طیف سنجی رامان، که قادر به شناسایی سلول های سالم یا سرطانی است، پیاده سازی شده است.

بهره برداری از فوتون با استفاده از لیزر برای تولید موچین

موچین های نوری نیز به عنوان تله های نوری شناخته می شوند. آنها از پدیده نور اعمال قدرت بر ماده استفاده می کنند. ذرات دی الکتریک، که مقره های الکتریکی هستند که می توانند توسط یک میدان الکتریکی قطبی شوند، در مجاورت پرتو لیزری بسیار متمرکز، یعنی تله، جذب می شوند.

فوتونهایی که پرتو نور را تشکیل میدهند، هر حرکتی را حمل میکنند و به همین ترتیب نیرویی را اعمال میکنند. یک گرادیان میدان الکتریکی حاصل نیز تولید می شود که به اندازه کافی قوی است تا ذرات دی الکتریک را در یک موقعیت نگه دارد. این تله ها می توانند دستکاری شوند به طوری که آنها با جنبشی تولید شده توسط مولکول های تک نفوذ نمی کنند.

موچین های نوری به طور گسترده ای در فیزیک، شیمی و زیست شناسی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها در مطالعات تک مولکولی مفید هستند. اولین کاربرد ضبط شده تله های نوری در دهه 1970 در دام گرفتن ویروس ها و باکتری ها بود. این امر دستکاری دقیق از طول موج را به دنبال کشف سلول های باکتریایی نیاز داشت. بر اساس این کار، محققان موفق به دام گرفتن انواع سلول های مختلف مانند جلبک سبز، آمیب و دیگر پروتواسان ها شدند.

پژوهش پیشگام آرتور و همکارانش. نشان داد که یک پرتو لیزری بسیار متمرکز که با استفاده از میکروسکوپ تولید می شود، می تواند ذرات را به سمت آن جذب کند و سپس موقعیت ذرات را به دلیل جذب آنها به نقطه کانونی لیزر تغییر دهد.

این زمینه بیوفیزیک به شدت از استفاده از موچین های اپتیکی بهره مند شده است. آنها می توانند برای مرتب کردن سلول های سالم، شناسایی سلول های سرطانی و اندازه گیری حرکات نانومقیاس اشیاء به دام افتاده و نیروهایی که آنها اعمال می کنند استفاده شود. این در توضیح این موضوع است که چگونه موتورهای مولکولی، که باعث حرکت در ارگانیزم های میکروسکوپی و اندام ها می شوند، کار می کنند.

موتورهای مولکولی به طور وسیعی در زیست شناسی، در انقباض عضلانی و تولید ATP در میتوکندری به طور مثال مشخص شده اند. برنامه های کاربردی نوک انگشتان نوری شامل اندازه گیری خواص مکانیکی مولکول های بیولوژیک کلیدی مانند DNA می شوند.

کار آشکین نیمی از جایزه نوبل فیزیک در سال 2018 را شامل می شد، و کار ژرارد مورو و دانا استریکلند به طور مشترک برای توسعه "تقویت پالس تراشه" (CPA) اهدا شد. CPA یک روش برای تولید پالس های لیزری کوتاه و با شدت را توصیف می کند.

قبل از این کار، تولید پالس های فوق سریع با تکنولوژی محدود این زمان مواجه شده بود. تولید شدت های شدید ناشی از آسیب ناشی از تقویت کننده غیر ممکن بود. با پیشرفت CPA، شدت لیزر تقریبا دو برابر می شود.

این تکنیک به طور منحصر به فرد یک پالس نور کوتاه را از یک لیزر اختراع می کند که موج اوج خود را کاهش می دهد. سپس پالس کششی قبل از فشرده شدن به مقدار اولیه آن تقویت می شود و در نتیجه شدت لیزر به شدت افزایش می یابد. پالس های لیزر نتیجه فوق العاده مختصر و بسیار تیز است، امری است که در عمل جراحی چشم لیزر مناسب برای اصلاح نزدیک بینی

موچین های نوری یک ابزار فنی هستند که از پدیده تله نوری استفاده می کنند. این امکان دستکاری اشیای کوچک را در سطح میکرو اسکلت فراهم می کند. به طور خاص، پرتو لیزری محکم، در واقع، تله نور است. هر جسم در مجاورت نقطه کانونی اثر متقابل نیروهای نیرومندی و جذاب را تجربه می کند که به ایجاد نیروی پینگینگ می انجامد.

تولید چنین تله اپتیکی نیاز به شرایط مختلف دارد. این شامل جذب ضعیف در طول موجی است که در آن سقوط رخ می دهد، یک شاخص ریزش است که بیش از شاخص شکستن محیط اطراف و شفافیت جزئی است. تله اپتیک، به علت محدودیت های آن، با استفاده از میکروسکوپ های اپتیک سازگار شده است که به طور مستقیم هدف خود را تکه تکه نمی کند. در عوض، آنها به عنوان یک پروب، دسته یا نشانگر عمل می کنند.