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Tragbare Optische Pinzette
Kapitel 3
Allein mit Hilfe von Licht Objekte kontrolliert bewegen zu können hört sich für viele
zunächst nach Science Fiction an („Traktorstrahl").
Mit einer optischen Pinzette ist genau dies jedoch möglich. In vielen Forschungs-
bereichen werden solche Geräte genutzt, beispielsweise um sehr kleine Kräfte im
Bereich von Piconewton zu messen
Besonders in der Biologie finden optische Pinzetten große Anwendung, z.B. zur
Manipulation von verschiedenen Molekülen bzw. ganzen Zellen
Befruchtung von Eizellen ein Anwendungsfeld, da Spermien mit einer optischen Pinzette
völlig berührungsfrei und damit steril in Eizellen eingebracht werden können.
Im Praktikumsversuch können verschiedene einfachere Experimente mit der optischen
Pinzette durchgeführt werden. Neben der Erfahrung, mit einem einzigen Laserstrahl
kleine Kugeln oder Zellen gezielt durch eine Flüssigkeit zu bewegen, können damit
beispielsweise auch Versuche zur Brownschen Bewegung gemacht werden, oder die
Haltekraft der optischen Falle quantitativ ausgewertet werden.
Dabei ist die Funktionsweise einer Erklärung über die geometrische Optik zugänglich,
und auch weitere benötigte Grundlagen wie Brownsche Bewegung oder Stokes'sche
Reibung sind für Bachelor-Studenten oder häufig sogar schon für Oberstufenschüler
bekannte Zusammenhänge. Ganz abgesehen davon birgt das aktive Manipulieren von
Objekten mit einem Laser ein großes Faszinationspotential für Studenten und auch
Schüler!
Dieses Versuchspaket ermöglicht den Aufbau einer vollständig funktionsfähigen
optischen Pinzette, mit der sich Partikel im Größenordnungsbereich von Ø 1-10µm
greifen und bewegen lassen. Der Strahlengang ist schematisch in Abbildung 1
dargestellt. Der Aufbau bietet die Möglichkeit, ein breites Spektrum von möglichen
Partikeln zu untersuchen, wie Polystyrol- oder Glaskügelchen oder Stärkekörner aus
herkömmlicher Speisestärke. Eine Besonderheit dieses Aufbaus besteht darin, dass er
tragbar ist und auch durch Erschütterungen nicht dejustiert wird. Damit eignet er sich
ideal dafür, das Prinzip von optischen Pinzetten in Vorlesungen oder Seminaren live vor
Studenten zu demonstrieren.
1
K. SVOBODA, S.M. BLOCK: Optical trapping of metallic Rayleigh particles, Optics Letters 19
(1994) 13, 930-932
2
S.L. NEALE, M.P. MACDONALD, K. DHOLAKIA, T.F. KRAUSS: All-optical control of microfluidic
components using form birefringence, Nature materials 4 (2005), 530-533
3
J.E. MOLLOY, M.J. PADGETT: Lights, action: optical tweezers, Cont. Phys. 43 (2002) 43, 241-
258
Seite 5
Einleitung
1
oder kleine Mikromaschinen zu kontrollieren
MTN002252-D03 Rev E, 29.September, 2016
3
. So ist die in-vitro
2
.
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