Pęseta optyczna jako narzędzie współczesnej bioinżynierii

Czasopismo : Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
Tytuł artykułu : Pęseta optyczna jako narzędzie współczesnej bioinżynierii

Autorzy :
Bacia, M.
Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, marcin.bacia@pwr.wroc.pl,
Drobczyński, S.
Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27,
Masajada, J.
Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27,
Kopaczyńska, M.
Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27,
Abstrakty : Pęseta optyczna jest dość nowym narzędziem pozwalającym na wszechstronną manipulację obiektami w mikro- i nanoskali. Manipulacja odbywa się wewnątrz odpowiednio ukształtowanej zogniskowanej wiązki laserowej. Wykorzystując technikę holograficzną, można za pomocą pęsety optycznej utworzyć kilkanaście niezależnych pułapek optycznych, zdolnych do chwytania mikroobiektów. Urządzenie to wykorzystuje się między innymi do pomiaru sił z rozdzielczością pojedynczych pikoniutonów, segregacji komórek, pomiaru właściwości mechanicznych błon komórkowych, nici DNA lub do badania procesów biochemicznych na poziomie komórkowym. W niniejszej pracy przedstawiano krótki opis techniczny zbudowanych w zespole układów, jak również omówiono przykładowe zastosowania pęsety optycznej.

Optical tweezers are a quite new tool for versatile manipulation of objects in micro and nanoscale. Optical tweezers may be used in various fields, for example in microbiology. The observation and measurement take place inside the specially focused laser beam. The holographic methods enables generating several optical traps that can be driven, independently. The possible applications include the force measurement between molecules and cells (at the level of piconewtons), cells segregation and transport, cells activity analysis, DNA mechanical properties analysis and many others. In this paper, short technical data on the systems constructed in our group, along with the description of potential applications, are presented.

Słowa kluczowe : pęseta optyczna, pułapki optyczne, nanomanipulator optyczny, optical tweezer, optical trapping, optical nanomanipulator,
Wydawnictwo : Indygo Zahir Media
Rocznik : 2013
Numer : Vol. 19, nr 3
Strony : 114 – 122
Bibliografia : 1 A. Ashkin, J.M. Dziedzic, J.E. Bjorkholm, S. Chu: Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles, Opt. Let., vol. 11, 1986, s. 288–290.
2 D.G. Grier: A revolution in optical manipulation, Nature, vol. 424, 2003, s. 21–27.
3 D.J. Stevenson, F. Gunn-Moore, K. Dholakia: Light forces the pace: optical manipulation for biophotonics, Journal of Biomedical Optics, vol. 15(4), 2010, s. 041503–1–21.
4 T. Sugiyama, K. Yuyama, H. Masuhara: Laser trapping chemistry: from polymer assembly to amino acid crystallization, Accounts of Chemical Research, vol. 45(11), 2012, s. 1946–54.
5 J.E. Curtis, B.A. Koss, D.G. Grier: Dynamic holographic optical tweezers, Opt. Commun., vol. 207, 2002, s. 169–175.
6 D.G. Grier, Y. Roichman: Holographic optical trapping, Appl. Opt., vol. 45, 2006, s. 880–887.
7 N. Savage: Digital spatial light modulators, Nature Photonics, vol. 3, 2009, s. 170–172.
8 M.R. Dennis, K. O’Holleran, M.J. Padgett: Singular optics: optical vortices and polarization singularities, Prog. Opt., vol. 53, 2009, s. 293–363.
9 K.T. Gahagan, G.A. Swartzlander: Optical vortex trapping of particles, Opt. Lett., vol. 21, 1996, s. 827–829.
10 J. Arlt, V. Garcez-Chavez, W. Sibbett, K. Dholakia: Optical micromanipulation using a Bessel light beam, Opt. Commun., vol. 197, 2001, s. 239–245.
11 J. Yamamoto, T. Iwai: On-demand Optical Tweezers Using Computer-generated Phase Holograms, Rev. Laser Eng., vol. 36, 2008, s.1331–1334.
12 S. Suresh: Biomechanics and biophysics of cancer cells, Acta Biomaterialia, vol. 3, 2007, s. 413–438.
13 S.C. Kuo, M.P. Sheetz: Force of single kinesin molecules measured with optical tweezers, Science, vol. 260(5105), 1993, s. 232–234.
14 J. Liphardt, B. Onoa, S.B. Smith, I. Tinoco Jr., C. Bustamante: Reversible Unfolding of Single RNA Molecules by Mechanical Force, Science, vol. 292(5517), 2001, s. 733–737.
15 C. Bustamante: Unfolding single RNA molecules: bridging the gap between equilibrium and non-equilibrium statistical thermodynamics, Quarterly Reviews of Biophysics, vol. 38(4), 2005, s. 291–301.
16 D.E. Smith, S.J. Tans, S.B. Smith, S. Grimes, D.L. Anderson, C. Bustamante: The bacteriophage phi29 portal motor can package DNA against a large internal force, Nature, vol. 413, 2001, s. 748–752.
17 C. Hodges, L. Bintu, L. Lubkowska, M. Kashlev, C. Bustamante: Nucleosomal Fluctuations Govern the Transcription Dynamics of RNA Polymerase II, Science, vol. 325(5940), 2009, s. 626–628.
18 J.R. Moffitt, Y.R. Chemla, K. Aathavan, S. Grimes, P.J. Jardine, D.L. Anderson, C. Bustamante: Intersubunit coordination in a homomeric ring ATPase, Nature, vol. 457, 2009, s. 446–450.
19 F.M. Fazal, S.M. Block: Optical tweezers study life under tension, Nature Photonics, vol. 5, 2011, s. 318–321.
20 J. Sleep, D. Wilson, R. Simmons, W. Gratzer: Elasticity of the Red Cell Membrane and Its Relation to Hemolytic Disorders: An Optical Tweezers Study, Biophysical Journal, vol. 77(6), 1999, s. 3085–3095.
21 H. Zhang, K.K. Liu: Optical tweezers for single cells, J. R. Soc. Interface, vol. 5, 2008, s. 671–690.
22 J. Philip, J.M. Laskar, J. Nanofluids: Optical properties and applications of ferrofluids – a review, Journal of Nanofluids, vol. 1, 2012, s. 3–20.
23 J. Masajada, M. Bacia, S. Drobczyński: Cluster formation in ferrofluids induced by holographic optical tweezers, Opt. Lett., vol. 38, 2013, in press.
24 R.R. Kellner, W. Köhler; Short time aggregation dynamics of reversible light-induced cluster formation in ferrofluids, J. Appl. Phys., vol. 97, 2005, s. 034910–1–6.
25 Z.M. Meng, H.Y. Liu, W.R. Zhao, W. Zhang, H.D. Deng, Q.F. Dai, L.J. Wu, S. Lan, A.V. Gopal: Effects of optical forces on the transmission of magnetic fluids investigated by Z-scan technique, J. Appl. Phys., vol. 106, 2009, s. 044905.
DOI :
Cytuj : Bacia, M. ,Drobczyński, S. ,Masajada, J. ,Kopaczyńska, M. , Pęseta optyczna jako narzędzie współczesnej bioinżynierii. Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna Vol. 19, nr 3/2013
facebook