Направление светового луча на руку обычно не вызывает никаких ощущений, за исключением незначительного повышения температуры. Однако, на наноуровне, этот же луч света способен стать действенным инструментом для манипулирования микроскопическими объектами.
Исследователи из группы Structured Light В Университете Витватерсранда, расположенном в Йоханнесбурге, ЮАР, разработали метод управления и перемещения микроскопических объектов, таких как клетки человека и крошечные химические частицы, с помощью лазерного луча. Это открытие может найти применение в разработке будущих имплантируемых устройств опубликованы в журнале Scientific Reports.
Несмотря на то, что метод, именуемый лазерным пинцетом, уже известен, ученые университета разработали способ его оптимизации применять всю силу света, включая векторный свет, который ранее был им недоступен. Это образует первый векторный голографический захват (пинцет).
«Ранее применение лазерных пинцетов было ограничено определенными типами света. Однако нам удалось установить всеобъемлющий механизм, который распространяется на все типы света и позволяет воспроизводить существующие устройства. Мы впервые представили векторную голографическую оптическую систему для захвата. С ее помощью можно захватывать и перемещать микроскопические частицы, такие как биологические клетки, используя только свет, — отметил профессор Эндрю Форбс).
В лазерных пинцетах свет фокусируется в ограниченном объеме, где располагаются микрочастицы и биологические клетки. На микро- и наноуровне световое воздействие достаточно сильное, чтобы захватывать и управлять этими частицами. Перемещение луча приводит к движению захваченных частиц. За разработку этой технологии в 2018 году американский ученый Артур Ашкин был удостоен Нобелевской премии по физике.
Первоначально свет управлялся механически — например, с помощью зеркал, — однако позже он стал перемещаться голографически, то есть посредством компьютерных голограмм для управления светом без движущихся частей. До сих пор в таких голографических ловушках можно было использовать только специальные классы лазерных лучей, называемые скалярными пучками.
«Наше устройство совместимо как с обычными лазерными лучами (скалярными пучками), так и с более сложными, векторными лучами. Векторные лучи востребованы и находят широкое применение, однако до недавнего времени использование подобной голографической ловушки было невозможно», — объясняет Форбс.
В конструкции, разработанной южноафриканскими учеными, голографическим способом управляется как скалярное, так и векторное излучение в едином устройстве. По мнению исследователей, их методика будет полезна в контролируемых экспериментах на микро- и наноуровнях, в том числе в биологических и медицинских исследованиях клеток, небольших химических реакциях, фундаментальной физике и будущих чиповых устройствах.