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Tragbare Optische Pinzette
Kapitel 3 Einleitung
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 Forschungsbereichen
werden solche Geräte genutzt, beispielsweise um sehr kleine Kräfte im Bereich von
Piconewton zu messen
finden optische Pinzetten häufig Anwendung, z.B. zur Manipulation von verschiedenen
Molekülen bzw. ganzen Zellen
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 Ø1-10 µm 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
Rev B, 08. Juli 2019
1
oder Mikromaschinen zu kontrollieren
3
. So ist die in-vitro Befruchtung von Eizellen ein
Kapitel 3: Einleitung
2
. Besonders in der Biologie
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