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Optisch pincet
Brille Nanopartikel in einer optischen Pinzette gefangen.

EIN optische Pinzette ist ein Lichtstrahl, der ein Partikel (1-2 µm groß) manipulieren kann. Es wird Gebrauch gemacht Laserstrahlen (107 W/cm²): durch die Impulsänderung des Streulichts und durch den Lichtgradienten werden Kräfte ausgeübt, die dazu führen, dass das Partikel gehalten wird.

Unter Verwendung von polarisiert Licht in einem bestimmten Muster, können die Teilchen sogar zum Drehen gebracht werden.

Geschichte

Der Nachweis von optischer Streuung und Gradientenkräften an mikrometergroßen Partikeln wurde erstmals 1970 beschrieben von Arthur Ashkin, ein amerikanischer Wissenschaftler, der bei Bell Labs.[1] Jahre später beschrieben Ashkin und Kollegen die ersten Beobachtungen dessen, was heute als optische Pinzetten bezeichnet wird; ein hochfokussierter Laserstrahl, der mikroskopische Partikel in drei Dimensionen stabil halten kann. Im Jahr 2018 wurde Ashkin der Nobelpreis für Physik.

Steven Chuo, einer der Co-Autoren der Publikation[2] von 1986 würde die optische Pinzette verwenden, um neutrale Atome in einer sogenannten magnetooptischen Falle zu kühlen und einzufangen. Chu erklärte, dass Ashkin der erste war, der optische Pinzetten als Methode zum Halten von Atomen beschrieb. Ashkin konnte große Partikel (Durchmesser 10 bis 10.000 nm) einfangen. Chu verbesserte diese Technik auf einzelne Atome mit einem Durchmesser von bis zu 0,1 nm.[3] Diese Forschung brachte Chu 1997 den Nobelpreis für Physik ein, zusammen mit Claude Cohen-Tannoudji und William Daniel Phillips.

Prinzip

Ein Laserstrahl kann sowohl brechen als auch reflektieren, wenn ein fokussierter Laserstrahl auf ein kleines transparentes Objekt trifft. Dies liegt daran, dass sowohl Reflexion als auch Brechung Impuls des Photonen verändert, wodurch das Teilchen – durch die Newtons drittes Gesetz – Reaktionskräfte erfahren. Aufgrund ungleicher Intensitäten erfährt das Teilchen eine Nettokraft in Richtung der höchsten Lichtintensität, die Objekte in Richtung des Fokus des hochfokussierten Laserstrahls zieht.

Darüber hinaus erzeugt fokussiertes Laserlicht eine Potenzial gut, die dafür sorgt, dass das Teilchen im Fokus des Laserstrahls bleibt und manipuliert werden kann.

Nachteile

  • Erwärmung des Präparats (was für biologische Präparate nicht akzeptabel ist). Deshalb ist es für jede Materialart und jedes Experiment notwendig, den Einfluss des Lasers zu ermitteln und ggf. die Leistung des Lasers und/oder die Messzeiten anzupassen.

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