Atrapamiento óptico intracavitario. La óptica de captura (colimadores C1 y C2, lentes L1 y L2) se colocan dentro de la cavidad de un láser de fibra anular (cuya dirección está indicada por las flechas rojas) para que la posición de la partícula pueda influir en la pérdida de la cavidad. a Cuando la partícula no está en la región de la trampa, la pérdida óptica de la cavidad es baja, la potencia del láser intracavitario P es alta, y consecuentemente la partícula es atraída hacia el centro de la trampa. La curva de escala de potencia del láser (línea continua) muestra que la potencia de la bomba Ppump (línea discontinua vertical) está por encima del umbral de láser. b Cuando la partícula está en el centro de la región de la trampa, Las pérdidas de cavidad debidas a la dispersión de luz fuera de la cavidad por la partícula son máximas. La curva de escala de potencia se desplaza a la derecha y el láser está por debajo o apenas por encima del umbral para la misma Ppump. La partícula no está fuertemente atrapada. c Cuando las fluctuaciones térmicas desplazan la partícula lejos de la región de la trampa, la pérdida óptica de la cavidad disminuye, P aumenta, y la partícula se tira hacia el centro de la trampa
Al estudiar células biológicas con pinzas ópticas, un problema principal es el daño causado a la celda por la herramienta. Giovanni Volpe, Universidad de Gotemburgo, ha descubierto un nuevo tipo de fuerza que reducirá en gran medida la cantidad de luz utilizada por las pinzas ópticas y mejorará el estudio de todo tipo de células y partículas.
“Lo llamamos 'fuerza de retroalimentación intracavitaria'. La idea básica es que, dependiendo de dónde esté la partícula o célula que quieras estudiar, la cantidad de luz láser utilizada para atraparlo cambia automáticamente. Siempre que la partícula esté enfocada, el láser se apaga. Cuando la partícula intenta escapar, el láser se enciende de nuevo, "dice Giovanny Volpe, profesor titular del Departamento de Física, Universidad de Gotemburgo.
Una pinza óptica es un rayo láser enfocado que puede atrapar partículas. Previamente, Se han identificado dos tipos diferentes de fuerzas que emergen de este tipo de herramienta:fuerza de gradiente (que significa que la partícula va en contra de la intensidad del láser) y fuerza de dispersión (donde la partícula es empujada hacia el láser). Giovanni Volpe y su equipo han descubierto un tercer tipo de fuerza en este reino, y una nueva forma de construir pinzas ópticas. Estos avances están destinados a mejorar en gran medida el estudio de células biológicas individuales.
"Con este método, se necesita hasta 100 veces menos luz, en algunos casos, en comparación con el uso de una pinza óptica tradicional, "Explica Giovanni Volpe." Con menos luz, causa menos daño fotográfico a la celda que está estudiando ".
Configuración experimental. a La instalación comprende un láser de fibra dopado con Yb bombeado por diodos, la óptica de captura, y el microscopio de video digital. La flecha representa la dirección en la que viaja la luz. b Escala de potencia medida con una partícula de poliestireno atrapada de 4,9 μm de diámetro (cuadrados naranjas) y sin la partícula atrapada (círculos rojos). Con una potencia de bomba de 66 mW (línea vertical discontinua), el láser está por debajo del umbral con la partícula (cuadrados naranjas), pero por encima del umbral sin la partícula (círculos rojos)
Esto podría ser útil para estudiar cualquier célula que normalmente esté suspendida en una solución:una célula sanguínea o una célula de levadura, por ejemplo, que un investigador quisiera estudiar durante un largo período de tiempo.
"Uno de los principales problemas al utilizar pinzas ópticas es que la luz eleva la temperatura de la celda, que es perjudicial. Un aumento de 10 grados podría no ser tolerable, pero el aumento de 0, 1 grados podría estar bien. Entonces, usando menos luz, y por lo tanto limitar el aumento de temperatura, podría hacer una gran diferencia. Los experimentos podrían realizarse de una manera más realista en relación con el ciclo de vida natural de la célula, "dice Giovanni Volpe.
Los hallazgos se publican en Comunicaciones de la naturaleza .
