​​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН нашли способ увеличить дальность действия оптических ловушек, или оптического пинцета. Подобные устройства используются для передвижения отдельных микрочастиц в биологии и химии. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters (IF: 3,866; Q1). 

Оптический пинцет — устройство, которое с помощью лазерного пучка перемещает объекты микронного размера, например, живые клетки, белки и молекулы. В 2018 году за эту технологию американский физик Артур Эшкин получил Нобелевскую премию. До изобретения оптического пинцета перемещать такие объекты было невозможно: любая попытка захватить его приводила к разрушению. А оптический пинцет не нарушает внутреннюю структуру объекта. 

«Оптический пинцет — медийное название оптических ловушек. Их общий принцип действия такой: линза фокусирует свет лазера, и частицы, находящиеся в поле фокусировки, по законам физики начинают двигаться в сторону максимальной интенсивности светового поля, как бы прижимаясь. За счет этого частицы можно захватывать и перемещать. Для увеличения степени локализации оптического поля в области фокусировки в такой ловушке, работающей в режиме «на отражение», то есть чтобы фокус был более длинным, но поперек меньше, ранее мы предложили использовать вместо линз микрочастицы из диэлектрического материала — например, из кварца», — говорит руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин

Взаимодействуя с такой частицей, свет фокусируется в виде «фотонной струи» в направлении, противоположном направлению падения излучения. Благодаря своим свойствам именно она выполняет роль ловушки или пинцета. 

«Для формирования классической фотонной струи есть необходимое условие — соотношение показателей преломления частицы и среды должно быть меньше двух. Если будет больше, то струя просто не сформируется. И ранее считалось, что увеличить показатель преломления и при этом сформировать фотонную струю просто невозможно. Мы совместно с коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН теоретически, в процессе моделирования, показали, что это не так», — поясняет Игорь Минин. 

Для этого ученые сформировали струю в режиме «на отражение». 

«Есть два режима: на прохождение и на отражение. В первом случае струя образуется, когда свет проходит через диэлектрическую частицу. А в режиме на отражение позади частицы мы ставим плоское зеркало, и точка фокусировки перемещается на зеркало. В итоге мы получаем двойную фокусировку: свет фокусируется через частицу на зеркале, а затем в обратном направлении снова собирается этой же частицей в фотонную струю. В этом режиме нам удалось сформировать струю из диэлектрической частицы с показателем соотношения преломления частицы и среды больше двух. Это дало увеличение области захвата в разы», — отмечает ученый.​ 

Сейчас ученые готовят эксперименты, чтобы подтвердить результаты моделирования на практике. 

Исследование поддержано грантами Российского фонда фундаментальных исследований и по Программе повышения конкурентоспособности ТПУ. ​

Служба новостей ТПУ ​​​​

Похожие новости

  • 03/04/2019

    Российский научный фонд поддержал шесть научных коллективов ТПУ

    Российский научный фонд (РНФ) подвел итоги нескольких грантовых конкурсов. В итоге поддержку фонда получили шесть научных коллективов Томского политехнического университета. Еще по одному проекту политехников, посвященному изучению роли йода в работе «гормона интеллекта» — тироксина, фонд продлил поддержку.
    881
  • 03/07/2020

    Объявлен конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Национальным центром научных исследований Франции

    ​Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) и Национальный центр научных исследований Франции (НЦНИ) объявляют о проведении конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимых совместно российскими и французскими учеными.
    652
  • 05/10/2019

    Определены победительницы конкурса «Для женщин в науке» L'OREAL - UNESCO 2019 года

    ​Победительницами конкурса "Для женщин в науке" L'OREAL - UNESCO 2019 года стали 10 ученых из Москвы, Казани, Новосибирска, Томска и Владивостока. Каждая из них получит стипендию в 500 тыс. рублей, говорится в сообщении на сайте конкурса, опубликованном 4 октября.
    2059
  • 15/05/2019

    Аспирантка ТПУ представила нательные электронные сенсоры из оксида графена на конкурсе U-NOVUS

    ​В Томске в рамках форума U-NOVUS-2019 прошел очный этап конкурса разработок молодых ученых. На нем в Доме ученых свои проекты презентовали студенты, аспиранты и научные сотрудники вузов региона. Томский политехнический университет представила аспирантка Анна Липовка.
    1167
  • 30/04/2020

    Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Национальным исследовательским советом Италии в 2020 году

    ​​Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) и Национальный исследовательский совет Италии (НИС) объявляют о проведении конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимых совместно российскими и итальянскими учеными.
    938
  • 09/06/2016

    Конкурс 2017 года проектов фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Национальным научным фондом Ирана

    ​Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российский фонд фундаментальных исследований» (РФФИ, Фонд) и Национальный научный фонд Исламской Республики Иран (ННФИ) в соответствии с Соглашением о сотрудничестве между Российским фондом фундаментальных исследований и Национальным научным фондом Иран от 27 августа 2015 года объявляют Конкурс 2017 года проектов фундаментальных научных исследований.
    2462
  • 08/07/2020

    Председатель совета РФФИ — о второй волне пандемии и новых партнерах фонда

    Как коронавирус повлиял на программу «коронавирусных» исследований, какие глобальные проблемы можно решить совместно с базирующимся в Австрии Международным институтом прикладного системного анализа и кто найдет след человека в изменениях экосистемы Земли, главному редактору Indicator.
    864
  • 31/03/2017

    Конкурс научных проектов, выполняемых молодыми учеными под руководством кандидатов и докторов наук в научных организациях Российской Федерации

    Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ, Фонд) объявляет о проведении конкурса научных проектов, выполняемых молодыми учеными под руководством кандидатов и докторов наук в научных организациях Российской Федерации.
    1768
  • 23/06/2017

    Первая олимпиада по химии биотехнологий прошла в ТГУ

    ​Томский государственный университет провел первую в России студенческую междисциплинарную олимпиаду "Химия биотехнологий". Ее участниками стали почти сто учащихся вузов РФ и ближнего зарубежья.
    1621
  • 03/10/2016

    Названы возможные претенденты на получение Нобелевской премии

    ​​3 октября весь мир будет пристально следить за сообщениями из Стокгольма, где будут объявлены имена первых нобелевских лауреатов 2016 года. Однако еще до их объявления в мире строятся прогнозы по поводу возможных кандидатов.
    1928