​​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

  • 10/08/2020

    Теплофизики создадут базу данных по экологичному органоводоугольному топливу

    ​Масштабное фундаментальное исследованиее будут вести специалисты десяти ведущих российских научных центров во главе с учеными Института теплофизики СО РАН. Участники научного консорциума объединят результаты своих исследований в области горения и детонации топлив.
    260
  • 15/07/2020

    XII Международная мультиконференция «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020) - шаг к развитию международного научного сотрудничества

    ​С 6 по 10 июля в Новосибирске проходила XII Международная мультиконференция «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020). На протяжении недели более 600 ученых со всего мира обсуждали свежие достижения в ряде научных дисциплин – биоинформатике, биомедицине, микробиологии, геронтологии и др.
    1099
  • 06/08/2020

    Международный конгресс «Потоки энергии и радиационные эффекты» онлайн

    ​VII Международный конгресс «Потоки энергии и радиационные эффекты» (ENERGY FLUXES and RADIATION EFFECTS) – EFRE-2020 состоится с 14 по 25 сентября. Под эгидой EFRE традиционно проходят три научных форума: Международный симпозиум по сильноточной электронике, Международная конференция по модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы и Международная конференция по радиационной физике и химии конденсированных сред.
    317
  • 17/07/2020

    СО РАН направляет в Арктику большую норильскую экспедицию

    ​​Группа ученых из Российской академии наук всесторонне изучит экологическую среду территории и представит предложения и рекомендации по наилучшим природосберегающим решениям для деятельности промышленных компаний в Арктическом регионе.
    967
  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    885
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    513
  • 21/10/2019

    Ученые исследуют двумерные спектры ЯМР спектроскопии

    Спектроскопия ЯМР в двух измерениях является одним из наиболее важных спектроскопических методов изучения биологически важных молекул. Однако, ввиду относительно низкой чувствительности ЯМР спектроскопии, для получения таких спектров зачастую требуются десятки минут и даже часы.
    456
  • 27/08/2018

    Институты СО РАН помогут ООО «СИБУР» разрабатывать биоразлагаемые пластики

    ​На VI Международном форуме технологического развития и выставке "Технопром-2018" состоялось подписание соглашений о сотрудничестве между нефтехимической компанией ООО "СИБУР" и двумя новосибирскими научно-исследовательскими организациями: Новосибирским институтом органической химии им.
    1173
  • 14/07/2020

    Сибирские ученые разрабатывают антираковые препараты нового поколения на основе альбумина

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в сотрудничестве с коллегами из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского института органической химии им. Н.
    941
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    349