Метод, позволяющий формировать набор оптических ловушек для применения в микробиологии, разработал научный коллектив специалистов из Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН и Самарского филиала Физическего института им. П. Н. Лебедева (ФИАН), 4 июля сообщает пресс-служба КНЦ СО РАН.

Результаты исследования метода представлены в статье «Конфигурируемые вихревые лазерные лучи для оптических манипуляций с ансамблями микрочастиц», опубликованной в журнале Laser Physics Letters.

Оптические ловушки способны удерживать крошечные биочастицы, не вызывая их повреждения, что и обусловило их востребованность в микробиологии.

Метод формирования наборов оптических ловушек, представленный в статье, основан на создании оптических вихрей с заданными положениями и значениями топологического заряда. Он расширяет традиционные методы оптического манипулирования микрообъектами.

Выделение отдельных молекул и манипулирование микроскопическими объектами стало возможным в последние десятилетия во многом благодаря изобретению оптических пинцетов (оптических ловушек). Так называют устройства, позволяющие перемещать микроскопические объекты с помощью светового давления без изменения их внутренней структуры.

За изобретение оптического пинцета и его применение в биологии, физике и химии, приведшее к фундаментальным открытиям в физических и химических науках, американский физик Артур Ашкин получил в 2018 году Нобелевскую премию.

В биологических науках с помощью оптических ловушек были выделены одиночные клетки и вирусы, изучены молекулярные механизмы движения белков. Для решения задач цитологии, генетики и эмбриологии были разработаны устройства, объединяющие лазерный скальпель и оптический пинцет.

В оптических пинцетах широко используются вихревые лазерные пучки, которые, захватив ансамбль микроскопических объектов, заставляют его совершать орбитальное движение с определенной угловой скоростью и направлением вращения.

В своей статье ученые описали созданный ими и экспериментально продемонстрированный метод, с помощью которого можно одновременно создавать целый массив оптических ловушек, причем параметры каждой отдельной ловушки можно изменять независимо от остальных.

Один из авторов работы, научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН (ИФ СО РАН) Денис Иконников пояснил:

«Данная ловушка может быть использована для оптического захвата, удержания и манипулирования микрообъектами, в том числе живыми биологическими клетками. Вихревые лазерные пучки, лежащие в основе оптической ловушки, обладают орбитальным угловым моментом, который характеризует момент силы, действующий на микрочастицу, попавшую в световое поле лазерного пучка. Таким образом, микрочастицы приобретают способность к орбитальному движению с определенной угловой скоростью и направлением вращения. При этом, предложенный метод позволяет формировать массив оптических ловушек, положениями и значениями орбитальных моментов, которых можно независимо управлять».

Полученные в ходе проведенных экспериментов знания могут быть использованы для разработки приложений в области микробиологии, отмечают исследователи.

Руководитель группы, старший научный сотрудник ИФ СО РАН Андрей Вьюнышев рассказал о результатах проделанной коллективом работы:

«Нашей группой совместно с коллегами из Самары предложен и экспериментально продемонстрирован метод, позволяющий получать наборы конфигурируемых вихревых пучков для использования их в устройстве оптического пинцета. Полученные результаты могут послужить основой для дальнейшего развития и совершенствования методов исследования в области микробиологии и фундаментальных процессов в микромире».