Разработан оптический пинцет для управления нанометровыми объектами
 Схематическое изображение предложенной конструкции оптического пинцета для нанообъектов. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Способность управлять местоположением отдельных молекул имеет решающее значение, к примеру, в современной медицине, где процесс изучения происхождения заболеваний часто требует манипулирования вирусами или крупными белками. В других областях те же самые методики необходимы для точного размещения таких мелких объектов, как углеродные нанотрубки, которые должны сыграть большую роль в развитии нанотехнологий.
Как известно, объекты нанометрового размера можно перемещать при помощи так называемого оптического пинцета. Точность этого устройства определяется дифракционным пределом (для видимого света это порядка 300 нм). Однако это ограничение не относится к световым волнам ближнего действия. Они существуют только лишь рядом со светоизлучающими объектами, и их интенсивность быстро падает на расстояниях меньших, чем упомянутый дифракционный предел.
В 1990-х годах некоторые исследователи предположили, что в этой «ближней» зоне устройство, наподобие сканирующего оптического микроскопа, могло бы улавливать излучение и манипулировать объектами, размеры которых не превышают нескольких нанометров. Этот тип микроскопа захватывает ближнее-польное излучение, проходя крошечной диафрагмой (обычно несколько десятков нанометров в диаметре) всего в нескольких нанометрах над поверхностью интересующего объекта. Превращение подобного микроскопа в оптический пинцет требует пропускания лазерного света через отверстие, которое фокусирует его в крошечное пятно ближнепольного излучения. Как и в существующих оптических пинцетах, градиент интенсивности излучения в этом пятне увлекает крошечные диэлектрические объекты ближе к его центру, где напряженность электрического поля максимальна. В общем случае это позволяет манипулировать крошечными объектами с нанометровой точностью. Однако техника не получила должного экспериментального подтверждения из-за опасения, что свет в устройстве будет настолько интенсивным, что сможет повредить термочувствительные объекты и даже сам наконечник микроскопа.
Теперь же группа ученых из Institute of Photonic Sciences (Испания) и их коллеги из Австралии показали, что крошечными объектами можно манипулировать, используя свет гораздо меньшей интенсивности, чем предполагалось в ранних конструкциях.
Установка, предложенная командой, включает в себя оптоволокно диаметром 1 мкм с 85-нанометровым бабочкообразным отверстием на конце. Для работы применялся лазер мощностью 2 – 5 мВт, работающий в ближней ИК-области. Ученые снизили интенсивность «рабочего» света, используя новые принципы обратной связи, в рамках которой интенсивность локального поля регулируется в режиме реального времени, в зависимости от поведения образца. Иными словами, объект, попавший в ловушку, в предложенной схеме играет активную роль в самом механизме захвата. Такой подход уменьшает интенсивность света, необходимую для удержания объекта, на несколько порядков, что исключает вероятность разрушения исследуемого объекта.
Проведенные эксперименты доказали, что техника позволяет оперировать гранулами полистирола, размеры которых порядка 50 нм в диаметре (для сравнения - это габариты вируса, вызывающего желтую лихорадку). Прибор может удерживать такие объекты не менее 30 минут.
Как считают ученые, предложенный ими метод является универсальным и весьма полезным для всех отраслей науки, где требуются инструменты для неинвазивной манипуляции объектами. Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Также по теме:
- Ученые предлагают новый метод создания массива атомов для квантовых вычислений
- «ДНК-клэмп» позволит предотвращать возникновение злокачественных новообразований
- Вибрирующая молекула может исполнить роль двигателя
- Предложен способ измерения параметров изолированных молекул
- Впервые получен спектр шаровой молнии
Источники: