Intrakavitet optisk fångst. Fångsoptiken (kollimatorerna C1 och C2, linserna L1 och L2) placeras inuti kaviteten i en ringfiberlaser (vars riktning indikeras av de röda pilarna) så att partikelns position kan påverka kavitetsförlusten. a När partikeln inte är i fällområdet, den optiska förlusten av kaviteten är låg, intrakavitetslasereffekten P är hög, och följaktligen attraheras partikeln mot mitten av fällan. Skalkurvan för lasereffekten (heldragen linje) visar att pumpeffekten Ppump (vertikal streckad linje) ligger över lasrtröskeln. b När partikeln är i mitten av fällområdet, kavitetsförluster på grund av spridning av ljus ut ur kaviteten av partikeln är maximala. Effektskalningskurvan är högerskiftad och lasern är under eller knappt över tröskelvärdet för samma Ppump. Partikeln är inte starkt fångad. c När termiska fluktuationer förskjuter partikeln bort från fällområdet, den optiska förlusten av kaviteten minskar, P ökar, och partikeln dras tillbaka mot mitten av fällan
När man studerar biologiska celler med en optisk pincett, ett huvudproblem är skadorna på cellen av verktyget. Giovanni Volpe, Göteborgs universitet, har upptäckt en ny typ av kraft som avsevärt kommer att minska mängden ljus som används av en optisk pincett – och förbättra studiet av alla typer av celler och partiklar.
"Vi kallar det "intra-kavitet feedback kraft." Grundtanken är att beroende på var partikeln eller cellen du vill studera är, mängden laserljus som används för att fånga det ändras automatiskt. Närhelst partikeln är i fokus, lasern stängs av. När partikeln försöker fly, lasern slås på igen, " säger Giovanny Volpe, universitetslektor vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet.
En optisk pincett är en fokuserad laserstråle som kan fånga partiklar. Tidigare, två olika typer av krafter som kommer fram från denna typ av verktyg har identifierats:gradientkraft (vilket innebär att partikeln går emot laserns intensitet) och spridningskraft (där partikeln trycks mot lasern). Giovanni Volpe och hans team har upptäckt en tredje typ av kraft i detta rike, och ett nytt sätt att konstruera optisk pincett. Dessa genombrott är redo att avsevärt förbättra studiet av enskilda biologiska celler.
"Med denna metod, så mycket som 100 gånger mindre ljus behövs, i vissa fall, jämfört med att använda en traditionell optisk pincett, " förklarar Giovanni Volpe. "Med mindre ljus, du orsakar mindre fotoskador på cellen du studerar."
Experimentuppställning. a Uppställningen består av en diodpumpad Yb-dopad fiberlaser, fångstoptiken, och det digitala videomikroskopet. Pilen representerar i vilken riktning ljuset färdas. b Uppmätt effektskalning med en infångad polystyrenpartikel med en diameter på 4,9 μm (orange rutor) och utan den fångade partikeln (röda cirklar). Vid en pumpeffekt på 66 mW (streckad vertikal linje), lasern är under tröskeln med partikeln (orange fyrkanter), men över tröskeln utan partikeln (röda cirklar)
Detta kan vara användbart för att studera vilken cell som helst som vanligtvis är suspenderad i en lösning - en blodkropp eller en jästcell, till exempel — att en forskare skulle vilja studera under en lång tidsperiod.
"En av huvudproblemen när man använder optisk pincett är att ljuset höjer temperaturen i cellen, som är skadligt. En stigning på 10 grader kanske inte är acceptabel, men ökningen av 0, 1 grad kan vara bra. Så använder mindre ljus, och därför begränsar temperaturökningen, kan göra stor skillnad. Experiment skulle kunna göras på ett mer realistiskt sätt i förhållande till cellens naturliga livscykel, säger Giovanni Volpe.
Resultaten publiceras i Naturkommunikation .
