Czym są szczypce optyczne i do czego służą?
W 2018 Arthur Ashkin dostał nagrodę Nobla z dziedziny fizyki za “szczypce optyczne i ich zastosowanie w systemach biologicznych”. Odkrył on, że pęd światła można wykorzystać jako niezwykle czułą parę szczypiec do chwytania i badania biocząsteczek.
Oba końce wybranej cząsteczki mogą być przyczepione do dwóch złapanych w strumień światła kuleczek. Kulki te mogą być poruszane za pomocą lasera, umożliwiając manewrowanie przyczepioną cząsteczką (np. rozciąganie jej) w celu zbadanie siły potrzebnej do jej zerwania lub rozfałdowania, co z kolei dostarcza informacji na temat elastyczności badanej cząsteczki i może być wykorzystane w badaniach przemian strukturalnych.
Zasada działania szczypiec optycznych
Działanie szczypiec optycznych oparte jest o zasadę przenoszenia pędu światła proporcjonalnie do energii światła i kierunku jego rozchodzenia.
Kiedy wiązka lasera przechodzi przez obiekt, ulega zakrzywieniu i zmienia swój kierunek (zjawisko załamania światłą) a także swój pęd. Zgodnie z trzecim prawem Newtona, obiekt podlega równej, ale przeciwnej zmianie pędu, tak aby pęd w całym układzie został niezmieniony.
Schemat 1 pokazuje przeniesienie pędu światła w sytuacji, kiedy wiązka światła przechodzi przez plastikową kulkę. W standardowej konfiguracji szczypiec optycznych światło pochodzi z wiązki lasera zogniskowanej za pomocą obiektywu mikroskopu, umożliwiając utrzymanie w miejscu małego obiektu.
Schemat 1: Zmiana kierunku ścieżki światła oraz zmiana jego pędu po przejściu przez mikro kulkę charakteryzującą się dużym współczynnikiem załamania światła. (po lewej). Zgodnie z trzecią zasadą dynamiki, fotony przekazują kulce pęd o tej samej wartości, ale o przeciwnym wektorze (po prawej).
