Un Enfoque para Manipular Objetos Pequeños con Luz

Por: Dr. Olivier Alirol, Investigador de Resonance Science Foundation

Sospechado desde el principio por las observaciones de Kepler sobre las colas de los cometas, el hecho de que la luz ejerce fuerzas sobre la materia, y por tanto sobre los objetos, está ya bien establecido. Gracias a los trabajos de Arthur Ashkin, entre otros muchos, las trampas ópticas son ya una realidad. La levitación óptica de microesferas mediante rayos láser se utiliza hoy en día en muchas aplicaciones, desde el estiramiento del ADN hasta la nanotecnología, la espectroscopia, la termodinámica estocástica y las fuerzas críticas de Casimir.

La estructuración de la luz hace posible técnicas de manipulación óptica, como el uso de los moduladores de luz espacial (SLM) para producir trampas ópticas holográficas (HOT). Estos moduladores espaciales de luz son una tecnología de cristal líquido con un control rápido y preciso de la forma del haz utilizado para controlar múltiples partículas en configuraciones 2D y 3D.

Anteriormente, las trampas holográficas se limitaban a clases particulares de luz (luz escalar), por lo que es muy emocionante que podamos revelar un dispositivo holístico que abarque todas las clases de luz, incluso replicando todos los dispositivos de captura anteriores.

Para una pinza óptica holográfica, un elemento esencial son los moduladores espaciales de luz que atrapan los haces en condiciones de baja incidencia. Las pinzas ópticas utilizan las fuerzas ejercidas por el haz enfocado para atrapar y mover la materia. Esta técnica permite que los hologramas generados por computador reconfiguren dinámicamente una sola pinza óptica en cientos de trampas ópticas independientes.

 

La invención de las pinzas ópticas holográficas está permitiendo la manipulación simultánea de muchas partículas, que tradicionalmente se hacía con conjuntos de haces escalares.

Recientemente, un equipo del grupo de Luz Estructurada de la Universidad de Witwatersrand, en Johannesburgo (Sudáfrica), ha publicado un artículo sobre cómo utilizar la luz de un láser para controlar y manipular objetos diminutos, como células individuales en un cuerpo humano, partículas diminutas en la química de pequeño volumen o trabajar en futuros dispositivos en chip. Demostraron el concepto de una trampa óptica holográfica para la entrega de matrices de trampas en 2D utilizando haces de esferas de Poincaré de alto orden (HOPS).

Configuraciones de pinzas ópticas utilizadas para estudiar el ARN polimerasa. Se muestra un esquema de una configuración de doble trampa. Un complejo ARN polimerasa-ADN es atrapado por dos trampas ópticas simultáneamente.

 

Lo que hemos hecho es que hemos demostrado el primer sistema de captura y pinza óptica holográfica vectorial. El dispositivo permite capturar y manipular partículas de tamaño micrométrico, como las células biológicas, sólo con luz. - Profesor Andrew Forbes, Universidad de Witwatersrand.

 

Los investigadores emplearon un montaje sencillo con un modulador de luz espacial y demostraron que cada haz del conjunto puede manipularse de forma independiente y ajustarse a un estado HOPS arbitrario, incluida la réplica de los tradicionales haces escalares HOT. Demostraron el atrapamiento y las pinzas con matrices personalizadas de haces HOPS.

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