|
Технология притягивающего луча, как из Звездного пути
|
|
|
|
Согласно результатам нового исследования, новая технология, подобная технологии притягивающего луча из "Звездного пути", выводит технологию оптического пинцета за рамки научной фантастики. Оптические пинцеты манипулируют атомами и наночастицами с помощью лазерных лучей. Эти лучи действуют как пинцеты, но для удержания небольших объектов используют сфокусированный свет, а не сталь. Управляя лучом, операторы могут перемещать крошечные частицы и манипулировать ими без физического контакта. Технология перспективна для работы на наноуровне, но многие препятствия сдерживают ее развитие.
|
|
|
|
Притягивающий луч для ДНК
|
|
|
|
Эти устройства помогают биологам исследовать ДНК, классифицировать клетки и изучать механизм действия болезней. Хотя они могут быть разработаны для работы с мельчайшими частицами, традиционные оптические пинцеты - это совсем не то, что нужно. Как правило, они требуют установки большого микроскопа и другого громоздкого оборудования для формирования света и управления им. Переходя к дизайну на основе чипов, производимых с использованием технологии, известной как кремниевая фотоника, оптические пинцеты устраняют эти проблемы и становятся более массовыми и доступными.
|
|
|
|
|
|
|
“С помощью кремниевой фотоники мы можем интегрировать эту крупную, типично лабораторную, систему на чипе. Это отличное решение для биологов, поскольку оно обеспечивает функцию оптического захвата и выщипывания без необходимости использования сложной оптической установки”, - сказала соавтор исследования Елена Нотарос.
|
|
|
|
Мини-тяговые лучи, подобные "Звездному пути".
|
|
|
|
Переход к гораздо меньшему форм-фактору устройств на основе микросхем решает эти проблемы, но создает некоторые новые. Предыдущие попытки разработать такое устройство потерпели неудачу из-за их ограниченной досягаемости. Их слабые лучи могли удерживать только те ячейки, которые были расположены очень близко или прямо на чипе. Проблема в том, что чип может быть загрязнен ячейками, в то время как ячейки могут быть повреждены или загрязнены чипом.
|
|
|
|
Инновация, которая продвигает решения на основе чипов вперед, заключается в экспоненциальном увеличении дальности действия. Опираясь на опыт других лазеров дальнего действия, таких как lidar, команда разработчиков переосмыслила оптический пинцет на основе чипов с нуля. Как правило, лидарные решетки не предназначены для создания интенсивных, узконаправленных лучей. В ходе своих исследований команда работала над созданием диаграмм направленности для каждой антенны, которые сочетали бы интенсивность, необходимую для оптического пинцета, с увеличенным расстоянием, полученным с помощью лидара, в оптической фазированной решетке.
|
|
|
|
Тестирование притягивающего луча
|
|
|
|
Они изготовили необходимые крошечные антенны, используя традиционные полупроводниковые технологии. Получив готовый продукт, они приступили к тестированию в реальных условиях, используя небольшие полистирольные сферы. Как только они смогли успешно манипулировать неорганическими объектами, они перешли к успешному захвату и перемещению раковых клеток с помощью устройства.
|
|
|
|
Этот новый кремниевый фотонный чип может взаимодействовать с частицами, удаленными от него на несколько миллиметров. Это обеспечивает достаточное расстояние для работы с образцами, пока они находятся в стерильной стеклянной среде. Изменяя длину волны сигнала, подаваемого на чип, они могли успешно направлять луч с точностью до микрона.
|
|
|
|
“Ранее никто не создавал оптические пинцеты на основе кремниевой фотоники, способные захватывать микрочастицы на расстоянии миллиметра. Это улучшение на несколько порядков выше, чем в предыдущих демонстрациях”, - сказал Нотарос.
|
|
|
|
Несмотря на то, что новая конструкция может быть запущена в массовое производство в готовом виде, команда надеется усовершенствовать ее в дальнейшем. Они делают упор на создание более сложных версий чипа, позволяющих более динамично манипулировать частицами. Примеры будущих улучшений, которые они планируют, включают регулируемую высоту фокусировки луча и использование нескольких мест захвата.
|
|
|
|
Источник
|
