pinzas opticas
Las pinzas ópticas (originalmente llamadas trampas de fuerza de gradiente de un solo haz ) son instrumentos científicos que utilizan un rayo láser altamente enfocado para sujetar y mover objetos microscópicos y submicroscópicos como átomos , nanopartículas y gotas, de manera similar a las pinzas . Si el objeto se mantiene en el aire o en el vacío sin soporte adicional, se le puede llamar levitación óptica .
La luz láser proporciona una fuerza de atracción o repulsión (típicamente del orden de pico newtons ), según el índice de refracción relativo entre la partícula y el medio que la rodea. La levitación es posible si la fuerza de la luz contrarresta la fuerza de la gravedad . Las partículas atrapadas suelen ser del tamaño de una micra , o incluso más pequeñas. Las partículas dieléctricas y absorbentes también pueden quedar atrapadas.
Las pinzas ópticas se utilizan en biología y medicina (por ejemplo, para sujetar una sola bacteria o célula como un espermatozoide , un glóbulo sanguíneo o ADN ), nanoingeniería y nanoquímica (para estudiar y construir materiales a partir de moléculas individuales ), óptica cuántica y optomecánica cuántica. (para estudiar la interacción de partículas individuales con la luz). El desarrollo de pinzas ópticas por Arthur Ashkin fue elogiado con el Premio Nobel de Física 2018 .
La detección de la dispersión óptica y las fuerzas de gradiente en partículas de tamaño micrométrico fue reportada por primera vez en 1970 por Arthur Ashkin, un científico que trabajaba en Bell Labs . [1] Años más tarde, Ashkin y sus colegas informaron sobre la primera observación de lo que ahora se conoce comúnmente como una pinza óptica: un haz de luz bien enfocado capaz de mantener estables partículas microscópicas en tres dimensiones. [2] En 2018, Ashkin recibió el Premio Nobel de Física por este desarrollo.
Uno de los autores de este artículo seminal de 1986, Steven Chu , continuaría utilizando pinzas ópticas en su trabajo sobre el enfriamiento y la captura de átomos neutros. [3] Esta investigación le valió a Chu el Premio Nobel de Física de 1997 junto con Claude Cohen-Tannoudji y William D. Phillips . [4] En una entrevista, Steven Chu describió cómo Ashkin había imaginado por primera vez las pinzas ópticas como un método para atrapar átomos. [5]Ashkin fue capaz de atrapar partículas más grandes (de 10 a 10 000 nanómetros de diámetro), pero le tocó a Chu extender estas técnicas para atrapar átomos neutros (0,1 nanómetros de diámetro) utilizando luz láser resonante y una trampa de gradiente magnético (cf. Magneto- trampa óptica ).
A fines de la década de 1980, Arthur Ashkin y Joseph M. Dziedzic demostraron la primera aplicación de la tecnología a las ciencias biológicas, usándola para atrapar un virus del mosaico del tabaco y una bacteria Escherichia coli individuales . [6] A lo largo de la década de 1990 y después, investigadores como Carlos Bustamante , James Spudich y Steven Block fueron pioneros en el uso de espectroscopia de fuerza de trampa óptica para caracterizar motores biológicos a escala molecular. Estos motores moleculares son omnipresentes en biología y son responsables de la locomoción y la acción mecánica dentro de la célula. Las trampas ópticas permitieron a estos biofísicosobservar las fuerzas y la dinámica de los motores a nanoescala a nivel de una sola molécula ; Desde entonces, la espectroscopia de fuerza de trampa óptica ha llevado a una mayor comprensión de la naturaleza estocástica de estas moléculas generadoras de fuerza.
