الاستوگرافی نوری و بیومکانیک بافت

روش های الاستوگرافی نوری به طور کلی

توموگرافی انسجام نوری/الاستوگرافی

ردیابی لکه و ذرات و هولوگرافی

روش های پردازش سیگنال برای الاستوگرافی نوری

روش های کمی، از جمله ترکیب مدل سازی و اندازه گیری

طرح های بارگذاری جدید، مانند اولتراسوند متمرکز، فتوترمال و مغناطیسی

روش های اندازه گیری خواص ویسکوالاستیک به ویژه

فوتوآکوستیک به سمت بیومکانیک

پراکندگی بریلوین برای بیومکانیک

موچین های نوری برای خواص مکانیکی سلولی و درون سلولی اعمال می شود

کاوشگر اسکن و سایر روش های نانومقیاس برای بیومکانیک

روش های پویا برای مشخص کردن ارتعاش بافت، مانند گوش و تارهای صوتی

کاربردهای الاستوگرافی نوری به طور کلی

الاستوگرافی in vivo

الاستوگرافی برای شناسایی آسیب شناسی بافتی در شرایط in vivo و in vivo استفاده می شود

کاربردهای الاستوگرافی حین عمل

الاستوگرافی در قلب و عروق

بیومکانیک چشم

کاربردهای چشمی الاستوگرافی نوری

بیومکانیک بافت سخت در استخوان ها و کاربردهای دندانی

بیومکانیک در مدل های حیوانی

بیومکانیک در مهندسی بافت

بیومکانیک در زیست شناسی رشد

اندازه گیری میکرورئولوژی با استفاده از تکنیک های نوری

میکروسکوپ نیروی کششی و روشهای مرتبط

روش های مکانیک سلولی

ترکیب میکروسکوپ نیروی اتمی و موچین نوری

ترکیب میکروسکوپ نیروی اتمی و موچین نوری ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

AFM در چند دهه گذشته به عنوان ابزاری حیاتی برای اندازه‌گیری توپوگرافی و ویژگی‌های یک نمونه ظاهر شده است و توانایی خود را در طول سال‌ها به شدت گسترش داده است. موچین های نوری نیز سال هاست که وجود داشته اند و می توان از آنها برای دستکاری و اندازه گیری خواص مواد در سطح تک اتمی استفاده کرد. اکنون مشخص شده است که AFM را می توان با موچین های نوری ترکیب کرد تا اندازه گیری نیرو موثرتری در مطالعات بیولوژیکی انجام دهد. در این مقاله به بررسی این ترکیب می پردازیم.

AFM چیست؟

AFM که مخفف میکروسکوپ نیروی اتمی است، ابزاری است که از یک نوک تیز در انتهای یک کنسول برای ترسیم توپوگرافی یک سطح استفاده می‌کند. به طور اساسی، حالت های تصویربرداری مختلفی وجود دارد که برخی از آنها سطح را لمس می کنند و برخی روی نمونه شناور می شوند، و حرکت کنسول موقعیت نسبی اتم های یک سطح را امکان می دهد تا نقشه برداری شود. در حالی که AFM بیشتر برای نقشه برداری از توپوگرافی یک سطح شناخته شده است، بسیاری از حالت های مختلف در طول سال ها ظاهر شده اند که می توانند خواص الکتریکی، نوری و مکانیکی (در میان سایر ویژگی های فرعی) یک نمونه را اندازه گیری کنند. این یک تکنیک تصویربرداری قدرتمند است که می تواند با مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد، و تطبیق پذیری آن یکی از دلایل متعددی است که باعث شده است به ابزاری تبدیل شود که در طول سال ها بیشتر و بیشتر توسط دانشمندان مورد استفاده قرار گرفته است.

موچین های نوری چیست؟

موچین های نوری از نور برای دستکاری اجسام تا سطح تک اتمی استفاده می کنند. موچین های نوری با به دام انداختن اتم ها، ذرات یا موجودات میکروسکوپی کار می کنند و می توان از آنها برای استنباط خواص مکانیکی جسم گرفته شده استفاده کرد. موچین های نوری از نور لیزر برای به دام انداختن این اجسام استفاده می کنند و شکست و پراکندگی نور می تواند چیزهای زیادی در مورد نیرو و خواص مکانیکی جسم به دانشمندان بگوید. هنگامی که جسم به دام افتاد، از مرکز پرتو نور جابه جا می شود و این امکان کسر خواص نیروی جسم را فراهم می کند. در برخی موارد، موچین های نوری می توانند به طور مداوم اجسام میکروسکوپی را پس از جابجایی از مرکز، با کشیدن آنها به داخل به دام بیندازند و از این فرآیند می توان برای دستکاری و حرکت جسم استفاده کرد. در حالی که آنها در بسیاری از زمینه ها استفاده می شوند، در مطالعات بیولوژیکی کاربرد زیادی پیدا کرده اند.

هر دو موچین AFM و نوری را می توان با هم ترکیب کرد و این به عنوان OT/AFM شناخته می شود. این تکنیکی است که اندازه‌گیری نیروی سطحی و قابلیت‌های تصویربرداری میکروسکوپ نیروی اتمی را با توانایی اعمال و اندازه‌گیری کوچک‌ترین درجه نیرو در سه بعدی از طریق انبرک نوری ترکیب می‌کند. OT/AFM تکنیکی است که مانند موچین های نوری پتانسیل زیادی برای مطالعات بیولوژیکی دارد. بسیاری از حالت های AFM برای مطالعات بیولوژیکی مناسب نیستند، به غیر از حالت غیر تماسی، زیرا نوک به نمونه آسیب می رساند. از آنجایی که حالت تماس غیر فیزیکی نیرویی را بر روی نمونه اعمال نمی کند، به دست آوردن اندازه گیری نیرو را دشوارتر می کند، بنابراین OT/AFM به عنوان راهی برای رفع این نیاز ظاهر شده است.

در OT/AFM، موچین‌های نوری مولکول‌های بیولوژیکی را در یک یا دو انتها نگه می‌دارند در حالی که کنسول روی سطح زیست مولکول را اسکن می‌کند. هر دو اصل AFM و موچین نوری به طور همزمان استفاده می شوند و نور لیزر برای تله های نوری اغلب از طریق یک شی معکوس زیر نمونه مورد نظر تابیده می شود. این یک فرآیند هم افزایی تولید می کند که در آن ابزار AFM به عنوان یک سنسور نیرو و فضایی عمل می کند در حالی که موچین (های) نوری به عنوان دستکاری کننده عمل می کند.

این فرآیندی است که می تواند برای باز کردن زیپ فیبرها و DNA با به دام انداختن مولکول در یک انتها و اتصال مولکول دیگر به انتهای کنسول AFM که به مولکول فیبری می چسبد استفاده شود. این فرآیندی است که خواص مکانیکی الیاف و DNA را امکان پذیر می کند. زیپ مولکول را می توان با چرخاندن مولکول باز کرد یا الیاف زدایی کرد، و چون در یک انتها ثابت می ماند، سر دیگر آن باز می شود/باز می شود. تا آنجا که کاربردهای دیگر در مورد DNA وجود دارد، DNA با پروتئین‌های متصل می‌تواند در هر دو انتها بسته شود و با کانتیور اسکن شود تا ببیند پروتئین‌ها در کجای رشته DNA قرار دارند، و همچنین می‌توان دینامیک DNA-آنزیم را با به دام انداختن یک رشته از آن زیر نظر گرفت. مارپیچ DNA

OT/AFM همچنین می‌تواند روی سلول‌ها و برای تحریک پاسخ‌ها در سلول‌ها استفاده شود. OT/AFM می‌تواند برای اندازه‌گیری خواص مکانیکی سلول‌ها با اعمال نیرو و تصویربرداری از بازآرایی داخلی سلول، و همچنین برای اندازه‌گیری پاسخ سلولی، برهمکنش سلول-سلول، برهمکنش سلول-ماتریکس، پاسخ ایمنی، پاسخ عفونت استفاده شود. و جذب محیط های خارجی (مانند نانوذرات یا باکتری ها) به داخل سلول ها. موچین های نوری همچنین می توانند برای تحریک پاسخ های خاص با به دام انداختن سلول های خاص و مشاهده نحوه چسبیدن این سلول ها به مولکول های دیگر با اندازه گیری نیروی یک کنسول اصلاح شده مولکولی در حین کشیده شدن به سمت سلول به دام افتاده استفاده شوند.

موچین های نوری - مقدمه ای بر موچین های نوری

نور توسط موچین های نوری برای کنترل اجسام میکروسکوپی به اندازه یک اتم استفاده می شود. یک پرتو لیزر متمرکز فشار تشعشعی ایجاد می کند که می تواند ذرات کوچک را به دام بیندازد.

موچین های نوری چگونه کار می کنند؟

یک هدف میکروسکوپی با کیفیت بالا برای متمرکز کردن پرتو لیزر به یک "نقطه" در نمونه استفاده می شود. سپس این نقطه یک تله نوری ایجاد می کند که می تواند یک ذره کوچک را در مرکز خود نگه دارد. نیروهایی که توسط این ذره کوچک متشکل از نیروهای گرادیان و پراکندگی نور ایجاد می شود. نیروهای گرادیان نتیجه برهمکنش بین ذره و نور هستند.

میکروسکوپ های نوری معمولی اغلب اصلاح می شوند و برای ساخت موچین های نوری استفاده می شوند. موچین های نوری از ابزارهای ساده برای کنترل اجسام در مقیاس میکرو به ابزارهای پیشرفته ای که توسط رایانه هایی کنترل می شوند که قادر به اندازه گیری دقیق و دقیق جابجایی ها و نیروها هستند، پیشرفت کرده اند.

اصول پشت عملیات موچین های نوری

اصل اساسی پشت موچین های نوری، انتقال تکانه مربوط به خمش نور است. تکانه توسط نور حمل می شود و معادل جهت انتشار و انرژی آن است. هر گونه تغییر در تکانه نور نتیجه تغییرات جهت نور ناشی از بازتاب یا شکست است.

هنگامی که نور توسط یک جسم خم می شود، تغییر در تکانه ایجاد می شود. حفظ تکانه شامل این می شود که جسم تغییر مساوی و مخالف در تکانه را تجربه کند. این منجر به تجربه نیرویی توسط جسم می شود.

کاربردهای موچین نوری

کره های دی الکتریک، باکتری ها، سلول های زنده و ذرات ریز فلزی با استفاده از موچین های نوری به دام افتاده اند. تله گذاری نوری نیز در زمینه های زیست شناسی برای مطالعه موتورهای مولکولی و خواص فیزیکی DNA مورد استفاده قرار می گیرد.

جایزه نوبل فیزیک 2018

دستیابی به موفقیت در فناوری موچین نوری بر خطرات گرما غلبه می کند

لیزر Ti: Sapphire

لیزر Ti: Sapphire توسط پیتر مولتون در ژوئن 1982 در آزمایشگاه MIT Lincoln در نسخه موج پیوسته خود اختراع شد. پس از آن ، نشان داده شد که این لیزرها از طریق مدل لنز کر ، پالس های فوق کوتاه ایجاد می کنند. استریکلند و مورو ، علاوه بر دیگران ، که در دانشگاه روچستر کار می کردند ، در طی چند سال تقویت پالس جیرجیرک این لیزر را نشان دادند ، که این دو در جایزه نوبل فیزیک 2018 (به همراه آرتور اشکین برای موچین های نوری). فروش تجمعی محصول لیزر Ti: sapphire به بیش از 600 میلیون دلار رسیده است و این یک موفقیت بزرگ تجاری است که صنعت لیزر حالت جامد را برای بیش از سه دهه حفظ کرده است.

 

آرتور اشکین

آرتور اشکین برنده جایزه نوبل و عضو افتخاری OSA ، که به خاطر کارهای پیشگام خود در ایجاد موچین های نوری معروف است ، در 2 سپتامبر 1922 متولد شد. وی لیسانس B.A دریافت کرد. در فیزیک از کالج کلمبیا در سال 1947 و دکترای تخصصی اشکین از سال 1942 تا 1945 در آزمایشگاه پرتوی کلمبیا در ارتش و در آزمایشگاههای AT&T بل از سال 1952 تا 1991 در فیزیک هسته ای کار کرد. در آزمایشگاههای بل ، اشکین در مورد مایکروویو ، اپتیک غیرخطی و به دام انداختن لیزر تحقیق کرد. او با همکارانش ، اولین مشاهده تولید هارمونیک لیزر با موج پیوسته (cw) ، تقویت پارامتری cw ، اثر نور شکستگی را کشف کرد و زمینه اپتیک غیرخطی را در فیبرهای نوری آغاز کرد.

 

موچین های نوری

موچین های نوری (که در اصل دام متغیر تک پرتویی نامیده می شود) ابزارهای علمی هستند که از یک پرتوی لیزر بسیار متمرکز برای نگهداری و جابجایی اجسام میکروسکوپی و زیر میکروسکوپی مانند اتم ها ، نانوذرات و قطرات ، به روشی مشابه موچین استفاده می کنند. اگر جسم بدون پشتیبانی اضافی در هوا یا خلا نگه داشته شود ، می توان آن را آسانسور نوری نامید.

جایزه نوبل فیزیک 2018 برای موچین های نوری

جایزه نوبل فیزیک 2018 برای موچین های نوری

جایزه نوبل فیزیک 2018 "به دلیل اختراعات پیشگامانه در زمینه فیزیک لیزر" اعطا شده است. "به دلیل موچین های نوری و کاربرد آنها در سیستم های بیولوژیکی" نیمی از جایزه نوبل به آرتور اشکین اعطا شده است. گزیده ای از سهم عظیم اشکین در زمینه موچین های نوری از بیانیه مطبوعاتی جایزه نوبل 2018. 

آرتور اشکین جایزه نوبل فیزیک را برای موچین های نوری به اشتراک می گذارد