革命性的光学镊子操纵原子，分子和活细胞，如“拖拉机梁”

时间：2021-08-31 10:52:02 来源：

将定义扭矩施加到二次目标的电波场的强度分布。

可以用光束操纵原子，分子或甚至活细胞。在Tu Wien A中，开发了一种方法来彻底改变这种“光学镊子”。

它们在星际艰苦跋涉中的“拖拉机梁”中想起：特殊光束可用于操纵分子或小的生物颗粒。甚至可以捕获或移动均匀病毒或细胞。然而，这些光学镊子仅使用空间或透明液体中的物体。任何令人不安的环境都会偏离光波并摧毁效果。这是一个问题，特别是具有生物样品，因为它们通常嵌入在非常复杂的环境中。

“使用激光束来操纵物质不再罕见。”

但是Tu Wien（维也纳）的科学家现在已经表明了美德可以是必要的：开发了一种特殊的计算方法以确定在存在无序环境中操纵小颗粒的完美波形。这使得可以在样品内保持，移动或旋转近渗透颗粒 - 即使不能直接触摸它们。定制的光束成为一切小的通用遥控器。微波实验已经证明了该方法的工作原理。新的光学镊子技术现已在自然光子学期刊上呈现。

无序环境中的光学镊子

“使用激光束来操纵物质不再是不寻常的，”斯特凡······················斯托特（Tu Wien）研究所解释。1997年，通过减慢它们的激光束来授予诺贝尔物理学奖。2018年，另一个物理诺贝尔奖认可了光学镊子的发展。

铝波导具有中间的二次靶标（盖板被移除而未示出）。目标左右的白色铁氟龙元素模仿无序培养基。

但光波是敏感的：在无序，不规则的环境中，它们可以以高度复杂的方式偏转并散落在所有方向上。然后，简单的普通光波变成复杂，无序的波形图案。这完全改变了光与特定粒子相互作用的方式。

“然而，这种散射效果可以得到补偿，”纸张的第一个作者Michael Horodynski说。“我们可以计算波动最初的形状，使得无序环境的不规则性转化为我们希望它的形状。在这种情况下，光波起初看起来相当混乱和混乱，但无序的环境将其变成有序的东西。无数小的扰动，通常会使实验不可能，用于产生完全的所需波形，然后作用于特定颗粒。

计算最佳波

为了实现这一点，首先用各种波照射粒子及其无序环境，并测量波浪被反射的方式。此测量快速连续进行两次。“让我们假设在两次测量之间的短时间内，无序环境保持不变，而我们想要略微操纵粒子的粒子，”斯蒂曼·转子说。“让我们想到移动的细胞，或者只是下沉一点点。然后我们发送的光波在两次测量中反映了一点点不同。“这种微小的差异是至关重要的：利用TU WIEN开发的新计算方法，可以计算必须用于放大或衰减该颗粒运动的波。

AndreBrandstötter，Michael Horodynski，Kevin Pichler，Stefan Storter，MatthiasKühmayer（左右）。

“如果粒子向下慢慢吸收，我们可以计算一个防止这种沉没的波，或者让粒子下沉更快，”斯特凡·转子说。“如果粒子旋转一点点，我们知道哪个波传输最大角动量 - 然后我们可以用特殊形状的光波旋转粒子而不会触摸它。”

微波的成功实验

Kevin Pichler也是Tu Wien的研究团队的一部分，能够将计算方法放在尼斯大学（法国）的项目合作伙伴实验室中的实践中的实践：他使用了随机排列的Teflon对象，他用微波照射了他 - 以这种方式，他实际上成功地产生了那些由于系统的病症而产生的那些波形，产生了所需的效果。

“微波实验表明，我们的方法有效，”斯特凡斯转子报道。“但实际的目标是使用微波炉，但具有可见光。这可以为光学镊子的全新申请开辟，特别是在生物研究中，可以以先前认为完全不可能的方式控制小颗粒。“

参考：Michael Horodynski，Matthiaskühmayer，安德烈兰德，凯文Pichler，Yan V.Fyodorov，Ulrich Kuhl和Stefan Storter，2019年11月18日，Michael Horodynski。
10.1038 / s41566-019-0550-zarxiv：
1907.09956

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