​​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

  • 07/11/2017

    ТПУ и Токийский столичный университет будут развивать перспективные направления сотрудничества

    ​Перспективные направления сотрудничества Томского политехнического университета и Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University) обсудили в пятницу представители двух вузов. С рабочим визитом Томский политех посетили вице-президент по международным связям токийского вуза Такая Охаши и координатор международного сотрудничества Сатоми Сузуки.
    1257
  • 13/02/2019

    Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6.
    1035
  • 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.
    2058
  • 08/05/2019

    Биологи, медики и физики - в одной связке

    ​Если 20-е столетие в медицине было веком всевластия антибиотиков, то 21-е точно станет веком физики и робототехники в медицине. Потому что все значимые открытия в этой сфере с начала века были бы невозможны без участия физиков, материаловедов и программистов - это и искусственное сердце AbioCor, и биоискусственная печень, и таблетка с камерой для замены эндоскопии.
    564
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    1000
  • 25/05/2017

    «Физика рака» — ученые обсуждают в Томске «раковое цунами», накрывающее человечество

    На Международной конференции «Физика рака: трансдисциплинарные проблемы и клинические применения», которая проходит в эти дни в МКЦ ТПУ, прозвучит почти 50 пленарных докладов ученых России и зарубежных стран — США, Израиля, Франции, Германии, Китая, Греции, Италии, Словении, Сербии.
    2541
  • 20/10/2016

    Атомщики Сибири обсуждают в ТПУ термоядерный синтез и развитие ядерной медицины

    ​В Томском политехническом университете проходит VII школа-конференция молодых атомщиков Сибири. В течение трех дней молодые ученые из России и стран ближнего зарубежья будут обсуждать вопросы ядерной безопасности, развитие ядерной медицины, термоядерный синтез, а также реализацию проекта по созданию топлива и реакторов нового поколения "Прорыв".
    2946
  • 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.
    438
  • 14/05/2020

    Фотонный кристалл поможет точнее определять химический состав сложных веществ

    Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Германии и Литвы предложили способ повышения чувствительности метода поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS). Они продемонстрировали новый дизайн сенсора для SERS, в котором вместе с традиционными наночастицами используется фотонный кристалл.
    467
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    750