Intrappolamento ottico intracavità. Le ottiche di intrappolamento (collimatori C1 e C2, le lenti L1 e L2) sono poste all'interno della cavità di un laser ad anello in fibra (la cui direzione è indicata dalle frecce rosse) in modo che la posizione della particella possa influenzare la perdita della cavità. a Quando la particella non si trova nella regione di trappola, la perdita ottica della cavità è bassa, la potenza del laser intracavità P è elevata, e di conseguenza la particella viene attratta verso il centro della trappola. La curva di scala della potenza del laser (linea continua) mostra che la potenza della pompa Ppump (linea tratteggiata verticale) è al di sopra della soglia laser. b Quando la particella è al centro della regione di trappola, le perdite di cavità dovute alla diffusione della luce fuori dalla cavità da parte della particella sono massime. La curva di scala della potenza è spostata a destra e il laser è al di sotto o appena al di sopra della soglia per la stessa pompa P. La particella non è fortemente intrappolata. c Quando le fluttuazioni termiche allontanano la particella dalla regione della trappola, la perdita ottica della cavità diminuisce, P aumenta, e la particella viene tirata indietro verso il centro della trappola
Quando si studiano le cellule biologiche usando pinzette ottiche, un problema principale è il danno causato alla cella dallo strumento. Giovanni Volpe, Università di Göteborg, ha scoperto un nuovo tipo di forza che ridurrà notevolmente la quantità di luce utilizzata dalle pinzette ottiche e migliorerà lo studio di tutti i tipi di cellule e particelle.
"La chiamiamo 'forza di feedback intracavità.' L'idea di base è che, a seconda di dove si trova la particella o la cellula che vuoi studiare, la quantità di luce laser utilizzata per intrappolarlo cambia automaticamente. Ogni volta che la particella è a fuoco, il laser si spegne. Quando la particella cerca di scappare, il laser si riaccende, "dice Giovanny Volpe, docente presso il Dipartimento di Fisica, Università di Göteborg.
Una pinzetta ottica è un raggio laser focalizzato che può intrappolare le particelle. In precedenza, sono stati individuati due diversi tipi di forze che emergono da questo tipo di strumento:forza di gradiente (che significa che la particella va contro l'intensità del laser) e forza di dispersione (dove la particella viene spinta verso il laser). Giovanni Volpe e il suo team hanno scoperto un terzo tipo di forza in questo regno, e un nuovo modo di costruire pinzette ottiche. Queste scoperte sono destinate a migliorare notevolmente lo studio delle singole cellule biologiche.
"Con questo metodo, è necessaria fino a 100 volte meno luce, in alcuni casi, rispetto all'utilizzo di una pinzetta ottica tradizionale, " spiega Giovanni Volpe. "Con meno luce, causi meno danni alle foto della cella che stai studiando."
Setup sperimentale. a La configurazione comprende un laser a fibra drogato con Yb pompato a diodi, l'ottica di cattura, e il microscopio video digitale. La freccia rappresenta la direzione in cui viaggia la luce. b Scala di potenza misurata con una particella di polistirene intrappolata del diametro di 4,9 μm (quadrati arancioni) e senza la particella intrappolata (cerchi rossi). Con una potenza della pompa di 66 mW (linea verticale tratteggiata), il laser è al di sotto della soglia con la particella (quadrati arancioni), ma sopra la soglia senza la particella (cerchi rossi)
Questo potrebbe essere utile per studiare qualsiasi cellula che di solito è sospesa in una soluzione, una cellula del sangue o una cellula di lievito, per esempio, che un ricercatore vorrebbe studiare per un lungo periodo di tempo.
"Uno dei problemi principali quando si utilizzano le pinzette ottiche è che la luce aumenta la temperatura della cella, che è dannoso. Un aumento di 10 gradi potrebbe non essere tollerabile, ma l'aumento di 0, 1 grado potrebbe andare bene. Quindi usando meno luce, e quindi limitando l'aumento della temperatura, potrebbe fare una grande differenza. Gli esperimenti potrebbero essere condotti in modo più realistico in relazione al ciclo di vita naturale della cellula, "dice Giovanni Volpe.
I risultati sono pubblicati in Comunicazioni sulla natura .
