موچین های نوری ساخته شده از نور لیزر ممکن است جذب و چرخش میکرو اشیاء بیولوژیکی

ما می توانیم کیفیت و طراوت میوه ها و سبزیجات را با انگشتانمان تست کنیم و حتی روبات های صنعتی برای سال ها با موفقیت در برنامه های لمسی انجام داده ایم.

اما چگونه می توان اشیا را با عرض یک موی سر انسان بچرخاند و چرخانده شود. دکتر الکساندر رهبر از گروه مهندسی مایکروویو از دانشگاه فرایبورگ و تیمش در حال حاضر در مورد این سوال در مجله Nature Communications منتشر شده است. کار آنها نشان می دهد که چند موچین نوری ساخته شده از نور لیزر بسیار متمرکز یک روز قادر به گرفتن خوشه های سلولی به صورت کنترل شده و چرخش آنها را در هر جهت مورد نظر می شود. این اجازه می دهد که اشیاء کوچک مانند تومورهای مینیاتوری به طور خاص تحت میکروسکوپ مورد مطالعه قرار گیرند.

انگشتان ساخته شده از نور لیزر

در آزمایشگاه، انگشتان دستگیره به به اصطلاح موچین های نوری متصل می شوند که از نور لیزر بسیار متمرکز تولید می شوند. مزیت متمایز از تیراندازان نور این است که، بر خلاف موچین های مکانیکی، آنها می توانند نیروها یا گله ها را حتی هنگام برداشتن از طریق اشیاء شفاف اعمال کنند.

موچین های نوری کامپیوتر هولوگرافی قادر به تمرکز پیکسل نور لیزر با پیکسل در پیکسل در تنظیمات دلخواه و ضرب شده برای سال ها برای کنترل موقعیت های چند انگشت انگشت نور به طور همزمان در فضای 3D استفاده شده است.

این روش در آزمایشگاه های تحقیقاتی تقریبا دو دهه وجود داشته است، اما قادر به اعمال نیروها و گشتاور بر روی اشیاء بزرگتر نیست، یعنی آنهایی که دارای قطر بزرگتر از حدود 1/10 میلیمتر هستند.

موچین ها با مشکلات مواجه می شوند، زیرا اشیاء بیش از حد بزرگ هستند و به طرز دلخواه به صورت دلخواه و پایدار در یک محلول آبی چرخانده می شوند، زیرا موچین های نوری به اندازه کافی قوی نیستند و یا موفق به پیدا کردن یک موقعیت خوب می شوند و بنابراین لغزش می کنند. به طرز قابل ملاحظه ای، دلیل اینکه آنها نتوانستند بهترین موقعیت را پیدا کنند، به این دلیل است که آنها به هیچ وجه به دنبال آن نیستند، اما به طور کورکورانه دستگیر می شوند، با تکیه بر توانایی محققان تلاش برای قرار دادن موچین های نوری.

مفهوم موچین نوری غیر کور

Rohrbach توضیح می دهد. " "ما اشیاء مختلفی را با چشم هایمان می بینیم، زیرا نور خورشید یا نور داخلی بر روی آنها پراکنده شده و بر روی شبکیه ما بازتولید شده است." موچین های لیزری می توانند از طریق اشیاء شفاف عبور کنند. با این حال، اشیاء تحقیقاتی بیولوژیک دانشمندان تحت میکروسکوپ مطالعه می کنند، مانند خوشه های سلولی مانند تومورهای کوچک یا جنین های کوچک پرواز، کاملا شفاف نیستند، بلکه مانند شیشه های مات شده در یک پنجره حمام رفتار می کنند، جایی که نور پس از انتقال پخش می شود و بنابراین تجزیه و تحلیل دشوار است .

مفهوم جدید برای دیدن جایی که موچین ها رسیدن به آن است، تجزیه و تحلیل نور پراکنده پراکنده پراکنده در یک دوربین سریع پشت شی، که به عنوان یک سیگنال بازخورد عمل می کند. نامتقارن تر از نقاط نور از نورپردازی های نور فردی در دوربین، بیشتر نور در فوکوس پراکنده است، منجر به تغییر بیشتر در شاخص انکسار در نقطه مربوطه در جسم می شود.

اینها نقاطی هستند که در آن موچین های نوری می توانند به طور موثر در جسم قرار گیرند. از لحاظ فیزیک، یک تغییر محلی در قطبش ماده منجر به افزایش نیروی دیپول نوری می شود.

به گفته Rohrbach، چیز شگفت انگیزی در مورد اصل موضع گیری بهترین موقعیت جابجایی این است که پراکندگی نور - یعنی تغییر در حرکت - به طور مستقیم به طور مستقیم در تمرکز لیزر بسیار قوی تر از آن است که در مقابل یا پشت تمرکز بسیار قوی تر است. هر یک از تقریبا پنج تا ده موچین نوری باید بهترین موقعیت را بر اساس نور پراکنده به منظور چرخش جسم در جهت های مختلف احساس کند.

اگر یکی از موچین بیش از حد نیرویی را اعمال کند، با این حال، دیگر موزه ها می توانند نگه داشتن خود را از دست بدهند. Rohrbach می گوید: "این یک مشکل بهینه سازی بسیار پیچیده است که ما برای چند سال به وجود آمد." چشم انداز او این است که در مورد موفقیت، اصل برگزاری نمونه بدون تماس با میکروسکوپ های آینده یکپارچه خواهد شد.

پروژه تحقیقاتی در زمینه خوشه های فرایبورگ از Bioss و CIBSS برتر تامین شد.

فوتونیک زیست پزشکی

پیشرفت در زمینه اپتیک و فوتونیک همیشه باعث پیشرفت در بسیاری از زمینه های زیست شناسی و پزشکی شده است.

به عنوان مثال ، فناوری های فوتونی زیست پزشکی برای نظارت بالینی غیرتهاجمی ، تشخیص مولکولی یا تصویربرداری از پارامترهای فیزیولوژیکی در سلول های زنده ، انسان و کل ارگانیسم ها بسیار مهم است. علاوه بر این ، ابزارهای جدید مبتنی بر اپتیک برای دستکاری سیستم های بیولوژیکی بوسیله موچین های لیزری یا رنگ ها و پروتئین های قابل تغییر نور برای اپتوژنتیک مهندسی شده اند.