الملاقط الضوئية

الموسوعة الحرة
صورة لجزيء نانوي (قطره ١٠٣ نانومتر) محصور بواسطة ملقط ضوئي. يظهر الجزيء النانوي كنقطة مضيئة صغيرة في المنتصف. ولزيادة التحكم، وُضع قطبان كهربائيان نحاسيان أعلى الجزيء وأسفله.

الملاقط الضوئية (التي كانت تُسمى في الأصل مصيدة قوة التدرج أحادية الشعاع ) هي أدوات علمية تستخدم شعاع ليزر عالي التركيز لحمل وتحريك أجسام مجهرية ودون مجهرية، مثل الذرات والجسيمات النانوية والقطرات ، بطريقة مشابهة للملاقط التقليدية . وإذا تم تثبيت الجسم في الهواء أو الفراغ دون دعم إضافي، يُطلق على هذه العملية اسم الرفع الضوئي .

يُولّد ضوء الليزر قوة جاذبة أو دافعة (عادةً ما تكون في حدود البيكو نيوتن )، وذلك تبعًا لمعامل الانكسار النسبي بين الجسيم والوسط المحيط. ويُمكن حدوث الرفع إذا ما تغلبت قوة الضوء على قوة الجاذبية . عادةً ما تكون الجسيمات المحصورة بحجم الميكرون ، أو حتى أصغر. كما يُمكن حصر الجسيمات العازلة والماصة أيضًا.

تُستخدم الملاقط الضوئية في علم الأحياء والطب (على سبيل المثال ، لالتقاط بكتيريا واحدة ، أو خلية مثل خلية منوية أو خلية دم ، أو جزيء مثل الحمض النووي DNA )، وفي هندسة النانو وكيمياء النانو (لدراسة وبناء مواد من جزيئات مفردة )، وفي البصريات الكمومية والميكانيكا الضوئية الكمومية (لدراسة تفاعل الجسيمات المفردة مع الضوء). وقد حظي تطوير الملاقط الضوئية على يد آرثر أشكن بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2018 .

التاريخ والتطور

أُبلغ لأول مرة عن رصد التشتت الضوئي وقوى التدرج المؤثرة على الجسيمات متناهية الصغر عام 1970 على يد آرثر أشكن، العالم العامل في مختبرات بيل . [ 1 ] وبعد سنوات، أبلغ أشكن وزملاؤه عن أول رصد لما يُعرف الآن باسم الملقط الضوئي: وهو عبارة عن شعاع ضوئي مركز بدقة عالية قادر على تثبيت الجسيمات المجهرية في ثلاثة أبعاد. [ 2 ] وفي عام 2018، مُنح أشكن جائزة نوبل في الفيزياء تقديرًا لهذا الإنجاز.

أحد مؤلفي هذه الورقة البحثية الرائدة عام 1986، ستيفن تشو ، استخدم تقنية التلاعب الضوئي في أبحاثه حول تبريد وحصر الذرات المتعادلة. [ 3 ] وقد حاز تشو على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1997 عن هذا البحث، إلى جانب كلود كوهين-تانوجي وويليام د. فيليبس . [ 4 ] في مقابلة، وصف ستيفن تشو كيف تصور أشكن لأول مرة التلاعب الضوئي كطريقة لحصر الذرات. [ 5 ] تمكن أشكن من حصر جسيمات أكبر (قطرها من 10 إلى 10000 نانومتر)، لكن كان على تشو توسيع نطاق هذه التقنيات لتشمل حصر الذرات المتعادلة (قطرها 0.1 نانومتر) باستخدام ضوء الليزر الرنيني ومصيدة التدرج المغناطيسي (انظر: المصيدة المغناطيسية الضوئية ).

في أواخر ثمانينيات القرن العشرين، قدّم آرثر أشكن وجوزيف م. دزيدزيك أول تطبيق لهذه التقنية في العلوم البيولوجية، حيث استخدماها لاصطياد فيروس تبرقش التبغ وبكتيريا الإشريكية القولونية . [ 6 ] وخلال تسعينيات القرن العشرين وما بعدها، ريّد باحثون مثل كارلوس بوستامانتي وجيمس سبوديتش وستيفن بلوك استخدام مطيافية القوة الضوئية لدراسة المحركات البيولوجية على المستوى الجزيئي. تنتشر هذه المحركات الجزيئية في كل مكان في علم الأحياء، وهي مسؤولة عن الحركة والنشاط الميكانيكي داخل الخلية. سمحت المصائد الضوئية لهؤلاء الفيزيائيين الحيويين بمراقبة قوى وديناميكيات المحركات النانوية على مستوى الجزيء الواحد ؛ ومنذ ذلك الحين، أدت مطيافية القوة الضوئية إلى فهم أعمق للطبيعة العشوائية لهذه الجزيئات المولدة للقوة. طُبّقت هذه الأساليب لاحقًا لدراسة القوى المرتبطة بالتغيرات التركيبية للجزيئات الحيوية، ولا سيما طي البروتينات والمرافقات الجزيئية.

أثبتت الملاقط الضوئية فائدتها في مجالات أخرى من علم الأحياء أيضًا. فهي تُستخدم في البيولوجيا التركيبية لبناء شبكات شبيهة بالأنسجة من الخلايا الاصطناعية، [ 7 ] ولدمج الأغشية الاصطناعية معًا [ 8 ] لبدء التفاعلات الكيميائية الحيوية. [ 7 ] كما تُستخدم على نطاق واسع في الدراسات الجينية [ 9 ] والبحوث المتعلقة ببنية الكروموسومات وديناميكيتها. [ 10 ] في عام 2003، طُبقت تقنيات الملاقط الضوئية في مجال فرز الخلايا؛ فمن خلال إنشاء نمط شدة ضوئية كبير على منطقة العينة، يمكن فرز الخلايا وفقًا لخصائصها البصرية الذاتية. [ 11 ] [ 12 ] كما استُخدمت الملاقط الضوئية أيضًا لفحص الهيكل الخلوي ، وقياس الخصائص المرنة اللزجة للبوليمرات الحيوية ، [ 13 ] والعضيات والخلايا. تم اقتراح فحص جزيئي حيوي يتم فيه حصر مجموعات من الجسيمات النانوية المغلفة بالرابطة بصريًا والكشف عنها بصريًا بعد التجميع الناتج عن الجزيء المستهدف في عام 2011 [ 14 ] وتم إثباته تجريبيًا في عام 2013. [ 15 ]

مع ذلك، لا تخلو الملاقط الضوئية من بعض العيوب في الدراسات البيولوجية. فبسبب كثافة الضوء العالية اللازمة عادةً لتحقيق الاحتجاز، تتعرض العينات لشدة ضوئية عالية جدًا (10⁶ - 10⁹ واط /سم² ) . وقد يؤدي ذلك إلى تأثيرات حرارية ضوئية و/أو كيميائية ضوئية غير مرغوب فيها. كما يمكن إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية بكميات كبيرة. لذا، يجب على الباحثين مراعاة هذه المشكلات عند تخطيط ومناقشة التجارب البيولوجية التي تستخدم الملاقط الضوئية. [ 16 ]

تُستخدم الملاقط الضوئية أيضًا لحصر الذرات المبردة بالليزر في الفراغ، وذلك بشكل أساسي لتطبيقات علوم الكم. ومن بين الإنجازات في هذا المجال: حصر ذرة واحدة عام 2001، [ 17 ] وحصر مصفوفات ثنائية الأبعاد من الذرات عام 2002، [ 18 ] وحصر أزواج متشابكة ذات تفاعل قوي عام 2010، [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] وحصر مصفوفات ثنائية الأبعاد مُجمّعة بدقة من الذرات عام 2016 ، [ 22 ] [ 23 ] ومصفوفات ثلاثية الأبعاد عام 2018. [ 24 ] [ 25 ] وقد استُخدمت هذه التقنيات في محاكيات الكم للحصول على مصفوفات قابلة للبرمجة تضم 196 و256 ذرة عام 2021، [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] ، وهي تُمثل منصة واعدة للحوسبة الكمومية. [ 18 ] [ 29 ]

عمل الباحثون على تحويل الملاقط الضوئية من أدوات كبيرة ومعقدة إلى أدوات أصغر وأبسط، لاستخدامها من قبل الباحثين ذوي الميزانيات البحثية المحدودة. [ 3 ] [ 30 ]

الفيزياء

تنجذب الأجسام العازلة إلى مركز الشعاع، أعلى خصر الشعاع بقليل، كما هو موضح في النص. وتعتمد القوة المؤثرة على الجسم خطيًا على إزاحته من مركز المصيدة، تمامًا كما هو الحال في نظام زنبركي بسيط. وهي قوة استعادة، وبالتالي تساوي-كترأصx{\displaystyle -k_{\mathrm {trap} }x}.

وصف عام

تستطيع الملاقط الضوئية معالجة الجسيمات العازلة النانوية والميكرونية ، وحتى الذرات المفردة، عن طريق تطبيق قوى ضئيلة للغاية عبر شعاع ليزر عالي التركيز . يُركز الشعاع عادةً بتمريره عبر عدسة مجهرية . بالقرب من أضيق نقطة في الشعاع المركز، والمعروفة باسم خصر الشعاع ، يتغير سعة المجال الكهربائي المتذبذب بسرعة في الفضاء. تنجذب الجسيمات العازلة على طول التدرج إلى منطقة المجال الكهربائي الأقوى، وهي مركز الشعاع. يميل ضوء الليزر أيضًا إلى تطبيق قوة على الجسيمات في الشعاع على طول اتجاه انتشاره. ويعود ذلك إلى قانون حفظ الزخم : فالفوتونات التي يمتصها أو يشتتها الجسيم العازل الصغير تنقل إليه زخمًا. يُعرف هذا بقوة التشتت، وينتج عنه إزاحة الجسيم قليلًا باتجاه مجرى الشعاع من موضع خصر الشعاع، كما هو موضح في الشكل.

تُعدّ المصائد الضوئية أدوات بالغة الحساسية، قادرة على معالجة وكشف الإزاحات دون النانومترية لجزيئات عازلة دون الميكرون. [ 31 ] لهذا السبب، تُستخدم غالبًا لمعالجة ودراسة الجزيئات المفردة من خلال التفاعل مع حبة مُرتبطة بها. وتُدرس طيات وتفاعلات الحمض النووي والبروتينات [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] بهذه الطريقة.

في القياسات العلمية الكمية، تُشغَّل معظم المصائد الضوئية بطريقة تجعل الجسيم العازل نادرًا ما يتحرك بعيدًا عن مركز المصيدة. والسبب في ذلك هو أن القوة المؤثرة على الجسيم تتناسب طرديًا مع إزاحته عن مركز المصيدة طالما كانت الإزاحة صغيرة. وبهذا، يمكن تشبيه المصيدة الضوئية بنابض بسيط، يخضع لقانون هوك .

عرض تفصيلي

يعتمد التفسير الصحيح لسلوك الحبس الضوئي على حجم الجسيم المحصور مقارنةً بطول موجة الضوء المستخدم في حبسه. في الحالات التي تكون فيها أبعاد الجسيم أكبر بكثير من طول الموجة، يكفي استخدام معالجة بسيطة تعتمد على علم البصريات الشعاعية. إذا تجاوز طول موجة الضوء أبعاد الجسيم بكثير، فيمكن التعامل مع الجسيمات على أنها ثنائيات أقطاب كهربائية في مجال كهربائي. أما بالنسبة للحبس الضوئي للأجسام العازلة ذات الأبعاد التي تقع ضمن رتبة مقدارية لطول موجة شعاع الحبس، فإن النماذج الدقيقة الوحيدة تتضمن معالجة معادلات ماكسويل، سواءً كانت معتمدة على الزمن أو معادلات ماكسويل التوافقية الزمنية ، باستخدام شروط حدودية مناسبة.

البصريات الشعاعية

شرح علم البصريات الشعاعية (ليزر غير مركز). عندما تُزاح الخرزة عن مركز الشعاع (الصورة على اليمين)، يتسبب التغير الأكبر في زخم الأشعة الأكثر كثافة في توليد قوة محصلة تُطبق باتجاه مركز الليزر. وعندما تكون الخرزة متمركزة جانبيًا على الشعاع (الصورة على اليسار)، تكون القوة الجانبية الناتجة صفرًا. لكن الليزر غير المركز لا يزال يُولد قوة موجهة بعيدًا عنه.
شرح علم البصريات الشعاعية (الليزر المُركّز). بالإضافة إلى إبقاء الخرزة في مركز الليزر، يُبقي الليزر المُركّز الخرزة أيضًا في موضع محوري ثابت: يُحدث تغير زخم الأشعة المُركّزة قوة باتجاه بؤرة الليزر، سواءً كانت الخرزة أمام (الصورة اليسرى) أو خلف (الصورة اليمنى) بؤرة الليزر. لذا، ستبقى الخرزة خلف البؤرة قليلاً، حيث تُعادل هذه القوة قوة التشتت.

في الحالات التي يكون فيها قطر الجسيم المحصور أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء، يمكن تفسير ظاهرة الحصر باستخدام علم البصريات الشعاعية. كما هو موضح في الشكل، تنكسر أشعة الضوء المنبعثة من الليزر عند دخولها وخروجها من الخرزة العازلة. ونتيجة لذلك، يخرج الشعاع في اتجاه مختلف عن اتجاه انطلاقه. ولأن للضوء زخمًا ، فإن هذا التغير في الاتجاه يدل على تغير زخمه. وبحسب قانون نيوتن الثالث ، يجب أن يكون هناك تغير مساوٍ ومعاكس في زخم الجسيم.

تعمل معظم المصائد الضوئية بشعاع غاوسي (نمط TEM 00 ). في هذه الحالة، إذا انزاح الجسيم عن مركز الشعاع، كما هو موضح في الجزء الأيمن من الشكل، فإنه يتعرض لقوة محصلة تعيده إلى مركز المصيدة، لأن الأشعة الأكثر كثافة تُحدث تغيرًا أكبر في الزخم باتجاه مركز المصيدة مقارنةً بالأشعة الأقل كثافة، التي تُحدث تغيرًا أقل في الزخم بعيدًا عن مركز المصيدة. هذا التغير المحصل في الزخم، أو القوة، هو ما يُعيد الجسيم إلى مركز المصيدة.

إذا كان الجسيم موجودًا في مركز الشعاع، فإن أشعة الضوء الفردية تنكسر عبره بشكل متناظر، مما ينتج عنه انعدام القوة الجانبية المحصلة. في هذه الحالة، تكون القوة المحصلة على طول المحور الطولي للمصيدة، مما يلغي قوة تشتت ضوء الليزر. إن إلغاء قوة التدرج المحوري هذه بقوة التشتت هو ما يجعل الجسيم محصورًا بثبات أسفل مركز الشعاع بقليل.

يعمل الملقط القياسي مع ليزر الحبس المنتشر في اتجاه الجاذبية [ 35 ] ويعمل الملقط المقلوب ضد الجاذبية.

تقريب ثنائي القطب الكهربائي

في الحالات التي يكون فيها قطر الجسيم المحصور أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء، تتحقق شروط تشتت رايلي ، ويمكن اعتبار الجسيم ثنائي قطب نقطي في مجال كهرومغناطيسي غير متجانس . تُعرف القوة المؤثرة على شحنة واحدة في مجال كهرومغناطيسي بقوة لورنتز .

F1=q(هـ(x1)+دx1دت×ب).{\displaystyle \mathbf {F_{1}} =q\left(\mathbf {E} (\mathbf {x} _{1})+{\frac {d\mathbf {x_{1}} }{dt}}\times \mathbf {B} \right).}

يمكن حساب القوة المؤثرة على ثنائي القطب بتعويض حدين للمجال الكهربائي في المعادلة أعلاه، حد لكل شحنة. استقطاب ثنائي القطب هوص=qد،{\displaystyle \mathbf {p} =q\mathbf {d} ,}أيند{\displaystyle \mathbf {d} }هي المسافة بين الشحنتين. بالنسبة لثنائي قطب نقطي، تكون المسافة متناهية الصغر .x1-x2.{\displaystyle \mathbf {x} _{1}-\mathbf {x} _{2}.}مع الأخذ في الاعتبار أن الشحنتين لهما إشارتان متعاكستان، فإن القوة تأخذ الشكل التالي:

F=q(هـ(x1)-هـ(x2)+د(x1-x2)دت×ب)=q(هـ(x1)+((x1-x2)⋅∇)هـ-هـ(x1)+د(x1-x2)دت×ب).{\displaystyle {\begin{align}\mathbf {F} &=q\left(\mathbf {E} (\mathbf {x} _{1})-\mathbf {E} (\mathbf {x} _{2})+{\frac {d(\mathbf {x} _{1}-\mathbf {x} _{2})}{dt}}\times \mathbf {B} \right)\\&=q\left(\mathbf {E} (\mathbf {x} _{1})+\left((\mathbf {x} _{1}-\mathbf {x} _{2})\cdot \nabla \right)\mathbf {E} -\mathbf {E} (\mathbf {x} _ {1})+{\frac {d(\mathbf {x} (1-x2)/dt} × B.\\\end{aligned}}}

لاحظ أنهـ1{\displaystyle \mathbf {E_{1}} }يتم الإلغاء. بضرب الطرفين في الشحنة،q{\displaystyle q}، يحول الموضع،x{\displaystyle \mathbf {x} }، إلى الاستقطاب،ص{\displaystyle \mathbf {p} }،

F=(ص⋅∇)هـ+دصدت×ب=α[(هـ⋅∇)هـ+دهـدت×ب]،{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {F} &=\left(\mathbf {p} \cdot \nabla \right)\mathbf {E} +{\frac {d\mathbf {p} }{dt}}\times \mathbf {B} \\&=\alpha \left[\left(\mathbf {E} \cdot \nabla \right)\mathbf {E} +{\frac {d\mathbf {E} }{dt}}\times \mathbf {B} \right]،\\\end{محاذاة}}}

حيث تم افتراض أن الجسيم العازل خطي في المعادلة الثانية (أيص=αهـ{\displaystyle \mathbf {p} =\alpha \mathbf {E} }).

في الخطوات الأخيرة، سيتم استخدام معادلتين: (1) معادلة تحليل المتجهات ، (2) قانون فاراداي للاستقراء .

  1. (هـ⋅∇)هـ=∇(12هـ2)-هـ×(∇×هـ){\displaystyle \left(\mathbf {E} \cdot \nabla \right)\mathbf {E} =\nabla \left({\frac {1}{2}}E^{2}\right)-\mathbf {E} \times \left(\nabla \times \mathbf {E} \right)}
  2. ∇×هـ=-∂ب∂ت{\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}}

أولًا، سيتم إدخال معادلة المتجهات للحد الأول في معادلة القوة أعلاه. ثم سيتم استبدال معادلة ماكسويل بالحد الثاني في معادلة المتجهات. بعد ذلك، يمكن دمج الحدين اللذين يحتويان على مشتقات زمنية في حد واحد. [ 36 ]

F=α[12∇هـ2-هـ×(∇×هـ)+دهـدت×ب]=α[12∇هـ2-هـ×(-دبدت)+دهـدت×ب]=α[12∇هـ2+ددت(هـ×ب)].{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {F} &=\alpha \left[{\frac {1}{2}}\nabla E^{2}-\mathbf {E} \times \left(\nabla \times \mathbf {E} \right)+{\frac {d\mathbf {E} }{dt}}\times \mathbf {B} \right]\\&=\alpha \left[{\frac {1}{2}}\nabla E^{2}-\mathbf {E} \times \left(-{\frac {d\mathbf {B} }{dt}}\right)+{\frac {d\mathbf {E} }{dt}}\times \mathbf {B} \right]\\&=\alpha \left[{\frac {1}{2}}\nabla E^{2}+{\frac {d}{dt}}\left(\mathbf {E} \times \mathbf {B} \right)\right].\\\end{aligned}}}

يمثل الحد الثاني في المعادلة الأخيرة المشتق الزمني لكمية مرتبطة عبر ثابت ضربي بمتجه بوينتينغ ، الذي يصف القدرة لكل وحدة مساحة تمر عبر سطح ما. وبما أن قدرة الليزر ثابتة عند أخذ عينات على ترددات أطول بكثير من تردد ضوء الليزر (حوالي 10^ 14 هرتز)، فإن متوسط ​​مشتق هذا الحد يساوي صفرًا، ويمكن كتابة القوة على النحو التالي [ 37 ].

F=12α∇هـ2=2πن1أ3ج(م2-1م2+2)∇أنا(ر)،{\displaystyle \mathbf {F} ={\frac {1}{2}}\alpha \nabla E^{2}={\frac {2\pi n_{1}a^{3}}{c}}\left({\frac {m^{2}-1}{m^{2}+2}}\right)\nabla I(\mathbf {r} ),}

حيث قمنا في الجزء الثاني بتضمين عزم ثنائي القطب المستحث (بوحدات النظام الدولي للوحدات) لجزيء عازل كروي:ص=αهـ(ر،ت)=4πن12ϵ0أ3(م2-1)/(م2+2)هـ(ر،ت){\displaystyle \mathbf {p} =\alpha \mathbf {E} (\mathbf {r} ,t)=4\pi n_{1}^{2}\epsilon _{0}a^{3}(m^{2}-1)/(m^{2}+2)\mathbf {E} (\mathbf {r} ,t)}، أينأ{\displaystyle a}يمثل نصف قطر الجسيم،ن0{\displaystyle n_{0}}هو معامل انكسار الجسيم وم=ن0/ن1{\displaystyle m=n_{0}/n_{1}}يمثل معامل الانكسار النسبي بين الجسيم والوسط. مربع شدة المجال الكهربائي يساوي شدة الشعاع كدالة للموقع. لذا، تشير النتيجة إلى أن القوة المؤثرة على الجسيم العازل، عند اعتباره ثنائي قطب نقطي، تتناسب طرديًا مع تدرج شدة الشعاع. بعبارة أخرى، تميل قوة التدرج الموصوفة هنا إلى جذب الجسيم إلى منطقة أعلى شدة. في الواقع، تعمل قوة تشتت الضوء عكس قوة التدرج في الاتجاه المحوري للمصيدة، مما ينتج عنه موضع توازن مُزاح قليلاً باتجاه مجرى الشعاع من أعلى شدة. وفقًا لتقريب رايلي، يمكننا أيضًا كتابة قوة التشتت على النحو التالي:

Fطرد(ر)=ك4α26πجن03ϵ02أنا(ر)z^=8πن0ك4أ63ج(م2-1م2+2)2أنا(ر)z^.{\displaystyle \mathbf {F} _{\text{scat}}(\mathbf {r} )={\frac {k^{4}\alpha ^{2}}{6\pi cn_{0}^{3}\epsilon _{0}^{2}}}I(\mathbf {r} ){\hat {z}}={\frac {8\pi n_{0}k^{4}a^{6}}{3c}}\left({\frac {m^{2}-1}{m^{2}+2}}\right)^{2}I(\mathbf {r} ){\hat {z}}.}

بما أن التشتت متناحٍ، فإن الزخم الكلي ينتقل في الاتجاه الأمامي. على المستوى الكمومي، نتصور قوة التدرج كتشتت رايلي أمامي، حيث تُخلق فوتونات متطابقة وتُفنى في آنٍ واحد، بينما في قوة التشتت (الإشعاع) تسير الفوتونات الساقطة في الاتجاه نفسه وتتشتت بشكل متناحٍ. وبحسب قانون حفظ الزخم، يجب أن يكتسب الجسيم الزخم الأصلي للفوتونات، مما يُسبب قوة أمامية في الاتجاه الأخير. [ 38 ]

تقريب الجهد التوافقي

إحدى الطرق المفيدة لدراسة تفاعل الذرة في حزمة غاوسية هي النظر إلى تقريب الجهد التوافقي لتوزيع شدة الإشعاع الذي تتعرض له الذرة. في حالة الذرة ثنائية المستوى، يرتبط الجهد الذي تتعرض له الذرة بانزياح ستارك المتردد .

Δهـإيه سي ستارك=3πج2Γ2ω03دلتاأنا(ر،z){\displaystyle \mathbf {\Delta E} _{\text{AC Stark}}={\frac {3\pi c^{2}\Gamma }{2\omega _{0}^{3}\delta }}\mathbf {I(r,z)} }

أينΓ{\displaystyle \Gamma }يمثل عرض الخط الطبيعي للحالة المثارة،μ{\displaystyle \mu }هو اقتران ثنائي القطب الكهربائي،ωo{\displaystyle \omega _{o}}هو تردد الانتقال، ودلتا{\displaystyle \delta }هو الفرق أو عدم التوافق بين تردد الليزر وتردد الانتقال.

تتميز شدة شكل شعاع غاوسي بطول الموجة(λ){\displaystyle (\lambda )}أقل محيط للخصر(wo){\displaystyle (w_{o})}وقوة الشعاع(Po){\displaystyle (P_{o})}تحدد الصيغ التالية شكل الشعاع:

أنا(ر،z)=أنا0(w0w(z))2هـ-2ر2w2(z){\displaystyle I(r,z)=I_{0}\left({\frac {w_{0}}{w(z)}}\right)^{2}e^{-{\frac {2r^{2}}{w^{2}(z)}}}}
w(z)=w01+(zzR)2{\displaystyle w(z)=w_{0}{\sqrt {1+\left({\frac {z}{z_{R}}}\right)^{2}}}}
zR=πw02λ{\displaystyle z_{R}={\frac {\pi w_{0}^{2}}{\lambda }}}
P0=12πأنا0w02{\displaystyle P_{0}={\frac {1}{2}}\pi I_{0}w_{0}^{2}}

لتقريب هذا الجهد الغاوسي في كل من الاتجاهين القطري والمحوري للشعاع، يجب توسيع ملف تعريف الشدة إلى الدرجة الثانية فيz{\displaystyle z}ور{\displaystyle r}لر=0{\displaystyle r=0}وz=0{\displaystyle z=0}على التوالي، ويتم مساواتها بالجهد التوافقي12م(ωz2z2+ωر2ر2){\displaystyle {\frac {1}{2}}m(\omega _{z}^{2}z^{2}+\omega _{r}^{2}r^{2})}يتم تقييم هذه التوسعات بافتراض قوة ثابتة.

12!∂2يو∂z2|ر،z=0z2=α2ϵ0ج2P0λ2π3w06z2=12مωz2z2{\displaystyle {\frac {1}{2!}}{\frac {\partial ^{2}U}{\partial z^{2}}}{\Biggr |}_{r,z=0}z^{2}={\frac {\alpha }{2\epsilon _{0}c}}{\frac {2P_{0}\lambda ^{2}}{\pi ^{3}w_{0}^{6}}}z^{2}={\frac {1}{2}}m\omega _{z}^{2}z^{2}}
12!∂2يو∂ر2|ر،z=0ر2=α2ϵ0ج4P0πw04ر2=12مωر2ر2{\displaystyle {\frac {1}{2!}}{\frac {\partial ^{2}U}{\partial r^{2}}}{\Biggr |}_{r,z=0}r^{2}={\frac {\alpha }{2\epsilon _{0}c}}{\frac {4P_{0}}{\pi w_{0}^{4}}}r^{2}={\frac {1}{2}}m\omega _{r}^{2}r^{2}}

وهذا يعني أنه عند حساب الترددات التوافقية (أو ترددات المصيدة عند النظر في المصائد الضوئية للذرات)، يتم إعطاء الترددات على النحو التالي:

ωر=4αP0πϵ0جمw04{\displaystyle \omega _{r}={\sqrt {\frac {4\alpha P_{0}}{\pi \epsilon _{0}cmw_{0}^{4}}}}}
ωz=2αP0λ2مπ3ϵ0جw06{\displaystyle \omega _{z}={\sqrt {\frac {2\alpha P_{0}\lambda ^{2}}{m\pi ^{3}\epsilon _{0}cw_{0}^{6}}}}}

بحيث تكون ترددات المصيدة النسبية للاتجاهين القطري والمحوري كدالة لمقياس خصر الشعاع فقط كما يلي:

ωرωz=2w0πλ{\displaystyle {\frac {\omega _{r}}{\omega _{z}}}={\sqrt {2}}{\frac {w_{0}\pi }{\lambda }}}

الرفع البصري

لرفع الجسيم في الهواء، يجب موازنة قوة الجاذبية الهابطة بقوى ناتجة عن نقل زخم الفوتون . عادةً ما يعمل ضغط إشعاع الفوتون الناتج عن شعاع ليزر مركز ذي شدة كافية على موازنة قوة الجاذبية الهابطة، مع منع عدم الاستقرار الجانبي (من جانب إلى آخر) والرأسي، مما يسمح بتكوين مصيدة بصرية مستقرة قادرة على إبقاء الجسيمات الصغيرة معلقة.

تُستخدم في هذا النوع من التجارب كرات عازلة شفافة بحجم الميكرومتر (يتراوح قطرها من بضعة ميكرومترات إلى 50 ميكرومترًا)، مثل كرات السيليكا المنصهرة أو قطرات الزيت أو الماء. ويمكن تثبيت إشعاع الليزر عند طول موجي محدد، مثل ليزر أيون الأرجون أو ليزر الصبغة القابل للضبط. وتبلغ قدرة الليزر المطلوبة حوالي 1 واط ، مُركّزة على بقعة قطرها عشرات الميكرومترات. وقد درست العديد من المجموعات البحثية الظواهر المتعلقة بالرنين المعتمد على الشكل في تجويف بصري كروي .

بالنسبة للأجسام اللامعة، مثل الكريات المجهرية المعدنية، لم يتم تحقيق الرفع الضوئي المستقر. كما أن الرفع الضوئي للأجسام الكبيرة ممكن نظرياً [ 39 ] ويمكن تعزيزه باستخدام تقنيات النانو [ 40 ] .

تشمل المواد التي تم رفعها بنجاح السائل الأسود ، وأكسيد الألومنيوم، والتنغستن، والنيكل. [ 41 ]

ملاقط بصرية حرارية

في العقدين الماضيين، جُمعت القوى الضوئية مع القوى الحرارية لتمكين الاحتجاز عند استخدام طاقة ليزر منخفضة، مما أدى إلى تقليل تلف الفوتونات. وبإضافة عناصر ماصة للضوء (سواء كانت جسيمات أو ركائز)، تُنشأ تدرجات حرارية دقيقة، مما ينتج عنه ظاهرة الترحيل الحراري . [ 42 ] عادةً، تنجرف الجسيمات (بما في ذلك الأجسام البيولوجية مثل الخلايا والبكتيريا والحمض النووي DNA/RNA) نحو البرودة، مما يؤدي إلى تنافر الجسيمات عند استخدام الملاقط الضوئية. وللتغلب على هذا القيد، استُخدمت تقنيات مختلفة مثل تشكيل الحزمة وتعديل المحلول باستخدام الإلكتروليتات والمواد الفعالة سطحياً [ 43 ] لاحتجاز الأجسام بنجاح. كما تم تحقيق التبريد بالليزر باستخدام بلورات فلوريد الليثيوم والإيتريوم المُطعّمة بالإيتربيوم لتوليد بقع باردة باستخدام الليزر لتحقيق الاحتجاز مع تقليل التلاشي الضوئي . [ 44 ] كما تم خفض درجة حرارة العينة لتحقيق الاحتجاز الضوئي، مما أدى إلى زيادة كبيرة في اختيار الجسيمات باستخدام الملاقط الضوئية الحرارية لتطبيقات توصيل الأدوية . [ 45 ]

الإعدادات

رسم تخطيطي عام للملاقط الضوئية يحتوي فقط على المكونات الأساسية.

من المرجح أن يتضمن إعداد الملاقط الضوئية الأساسي المكونات التالية: ليزر (عادةً Nd:YAG )، وموسع شعاع، وبعض البصريات المستخدمة لتوجيه موقع الشعاع في مستوى العينة، وعدسة مجهرية ومكثف لإنشاء المصيدة في مستوى العينة، وكاشف موضع (مثل الصمام الثنائي الضوئي الرباعي ) لقياس إزاحات الشعاع، ومصدر إضاءة مجهرية متصل بكاميرا CCD (عادةً عبر حامل بصري ) . [ 46 ]

يُعدّ ليزر Nd :YAG (بطول موجي 1064  نانومتر) خيارًا شائعًا للعمل مع العينات البيولوجية، نظرًا لانخفاض معامل امتصاص هذه العينات (التي تتكون في معظمها من الماء) عند هذا الطول الموجي. [ 47 ] يُنصح بانخفاض الامتصاص لتقليل الضرر الذي يلحق بالمادة البيولوجية، والذي يُشار إليه أحيانًا باسم "التلف الضوئي" . ولعلّ أهمّ اعتبار في تصميم الملاقط الضوئية هو اختيار العدسة الشيئية. يتطلب الحصول على مصيدة مستقرة أن تكون قوة التدرج، التي تعتمد على الفتحة العددية (NA) للعدسة الشيئية، أكبر من قوة التشتت. عادةً ما تتراوح الفتحة العددية للعدسات الشيئية المناسبة بين 1.2 و1.4. [ 48 ]

رغم وجود بدائل، ربما تكون أبسط طريقة لتحديد الموضع هي تصوير شعاع الليزر الخارج من حجرة العينة على ثنائي ضوئي رباعي الأجزاء. تُقاس الانحرافات الجانبية للشعاع بطريقة مشابهة لتلك المستخدمة في مجهر القوة الذرية (AFM) .

يؤدي توسيع شعاع الليزر المنبعث لملء فتحة العدسة الشيئية إلى بقعة أضيق ذات حد حيود. [ 49 ] في حين يمكن تحقيق الإزاحة الجانبية للمصيدة بالنسبة للعينة عن طريق تحريك شريحة المجهر ، فإن معظم تجهيزات الملاقط مزودة ببصريات إضافية مصممة لتحريك الشعاع، مما يمنح درجة إضافية من حرية الحركة. يمكن تحقيق ذلك بتحريك العدسة الأولى من العدستين الموضحتين في الشكل باسم "توجيه الشعاع". على سبيل المثال، سيؤدي تحريك هذه العدسة في المستوى الجانبي إلى انحراف الشعاع جانبيًا عما هو موضح في الشكل. إذا تم اختيار المسافة بين عدسات توجيه الشعاع والعدسة الشيئية بشكل صحيح، فسيؤدي ذلك إلى انحراف مماثل قبل دخول الشعاع إلى العدسة الشيئية، وبالتالي إزاحة جانبية في مستوى العينة. يمكن ضبط موضع بؤرة الشعاع، أي بؤرة المصيدة البصرية، عن طريق إزاحة محورية للعدسة الأولية. يؤدي هذا الإزاحة المحورية إلى تباعد أو تقارب الشعاع قليلاً، مما ينتج عنه موضع إزاحة محورية لخصر الشعاع في حجرة العينة. [ 50 ]

تتم عادةً رؤية مستوى العينة من خلال الإضاءة بواسطة مصدر ضوئي منفصل موصول بالمسار البصري في الاتجاه المعاكس باستخدام مرايا ثنائية اللون . يسقط هذا الضوء على كاميرا CCD ويمكن عرضه على شاشة خارجية أو استخدامه لتتبع موضع الجسيم المحصور عبر تتبع الفيديو .

أوضاع شعاع الليزر البديلة

تستخدم غالبية الملاقط الضوئية حزم غاوسية تقليدية من نوع TEM 00. ومع ذلك، فقد تم استخدام عدد من أنواع الحزم الأخرى لحصر الجسيمات، بما في ذلك حزم الليزر عالية الرتبة، أي حزم هيرميت-غاوسية (TEM xy )، وحزم لاغير-غاوسية (LG) (TEM pl )، وحزم بيسل .

تتميز الملاقط الضوئية القائمة على حزم لاغير-غوس بقدرتها الفريدة على حصر الجسيمات العاكسة والماصة للضوء. [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] كما تمتلك حزم لاغير-غوس زخمًا زاويًا مداريًا محددًا بدقة، مما يسمح بتدوير الجسيمات. [ 54 ] [ 55 ] ويتحقق ذلك دون الحاجة إلى توجيه ميكانيكي أو كهربائي خارجي للحزمة.

تتمتع حزم بيسل، سواء من الرتبة الصفرية أو الأعلى، بقدرة فريدة على التقاط الجسيمات. فهي قادرة على حصر وتدوير جسيمات متعددة تفصل بينها بضعة ملليمترات، وحتى حول العوائق. [ 56 ]

يمكن تشغيل الآلات الدقيقة بواسطة هذه الحزم الضوئية الفريدة نظرًا لآلية دورانها الذاتية الناتجة عن دوران الضوء وعزمه الزاوي المداري. [ 57 ]

الملاقط الضوئية متعددة الإرسال

يستخدم الإعداد النموذجي ليزرًا واحدًا لإنشاء مصيدة واحدة أو اثنتين. عادةً، تُنشأ مصيدتان بتقسيم شعاع الليزر إلى شعاعين مستقطبين بشكل متعامد. يمكن تحقيق عمليات الملاقط الضوئية التي تضم أكثر من مصيدتين إما بتقاسم شعاع ليزر واحد بين عدة ملاقط ضوئية، [ 58 ] أو بتقسيم الشعاع حيوديًا إلى مصائد متعددة. باستخدام عواكس صوتية ضوئية أو مرايا تعمل بواسطة جلفانومتر ، يمكن مشاركة شعاع ليزر واحد بين مئات الملاقط الضوئية في المستوى البؤري، أو نشره في مصيدة أحادية البعد ممتدة. يمكن لعناصر بصرية حيودية مصممة خصيصًا تقسيم شعاع إدخال واحد إلى مئات المصائد المضاءة باستمرار في تكوينات ثلاثية الأبعاد عشوائية. كما يمكن للهولوغرام المُشكِّل للمصائد تحديد بنية نمط كل مصيدة على حدة، مما يُنشئ مصفوفات من الدوامات الضوئية والملاقط الضوئية ومصائد الخطوط الهولوغرافية، على سبيل المثال. [ 59 ] عند تطبيقها باستخدام مُعدِّل ضوئي مكاني ، يمكن لهذه المصائد البصرية الهولوغرافية تحريك الأجسام في ثلاثة أبعاد. [ 60 ] تجد الأشكال المتقدمة من المصائد البصرية الهولوغرافية ذات التوزيعات المكانية العشوائية، حيث يتم التحكم في سلاسة الشدة والطور، تطبيقات في العديد من المجالات العلمية، من التلاعب الدقيق إلى الذرات فائقة البرودة . [ 61 ] يمكن أيضًا استخدام الذرات فائقة البرودة في بناء الحواسيب الكمومية. [ 62 ]

الألياف البصرية أحادية النمط

تعتمد المصيدة الضوئية الليفية القياسية على نفس مبدأ الحبس الضوئي، ولكن مع توجيه شعاع ليزر غاوسي عبر ليف ضوئي . إذا تم تشكيل أحد طرفي الليف الضوئي على هيئة عدسة ، فإن الشعاع شبه الغاوسي الذي يحمله ليف ضوئي قياسي أحادي النمط سيتركز على مسافة معينة من طرف الليف. عادةً ما تكون الفتحة العددية الفعالة لهذا التجميع غير كافية لإنشاء مصيدة ضوئية ثلاثية الأبعاد كاملة، بل تكفي فقط لإنشاء مصيدة ثنائية الأبعاد (لن يكون الحبس الضوئي ومعالجة الأجسام ممكنًا إلا عندما تكون، على سبيل المثال، ملامسة لسطح ما). [ 63 ] تم تحقيق حبس ضوئي ثلاثي الأبعاد حقيقي باستخدام ليف ضوئي واحد، بنقطة حبس لا تلامس طرف الليف تقريبًا، وذلك بالاعتماد على ترتيب ألياف حلقية غير قياسي وهندسة انعكاس داخلي كلي. [ 64 ]

من جهة أخرى، إذا لم تُشكَّل أطراف الألياف، فإن شعاع الليزر الخارج منها سيتشتت، وبالتالي لا يمكن تحقيق مصيدة ضوئية مستقرة إلا بموازنة قوة التدرج وقوة التشتت من طرفي الألياف المتقابلين. تعمل قوة التدرج على حصر الجسيمات في الاتجاه العرضي، بينما تنشأ القوة الضوئية المحورية من قوة تشتت الشعاعين المتعاكسين الخارجين من الألياف. يكون موضع التوازن على المحور z لهذه الخرزة المحصورة عند النقطة التي تتساوى فيها قوتا التشتت. وقد رُوِّج لهذا العمل من قِبَل أ. كونستابل وآخرون، في مجلة Opt. Lett. 18 ، 1867 (1993)، وتبعه ج. جوك وآخرون، في مجلة Phys. Rev. Lett. 84 ، 5451 (2000)، الذين استخدموا هذه التقنية لتمديد الجسيمات الدقيقة. من خلال التحكم في الطاقة المدخلة إلى طرفي الليف، سيحدث تمدد بصري يمكن استخدامه لقياس الخصائص المرنة اللزجة للخلايا، بحساسية كافية للتمييز بين الأنماط الظاهرية المختلفة للهيكل الخلوي، مثل كريات الدم الحمراء البشرية وخلايا الأرومة الليفية للفأر.

مصائد الألياف متعددة الأنماط

جهاز تدوير الخلايا البصري عبارة عن مصيدة ليزرية تعتمد على الألياف يمكنها تثبيت وتوجيه الخلايا الحية بدقة من أجل التصوير المجهري المقطعي.

تفصل تقنية "المُدوِّر الخلوي البصري" (OCR) عملية الاحتجاز عن بصريات التصوير. هذا، بالإضافة إلى تصميمها المعياري، والتوافق العالي لمصائد الليزر المتباعدة مع المواد البيولوجية، يُشير إلى الإمكانات الكبيرة لهذا الجيل الجديد من مصائد الليزر في البحوث الطبية وعلوم الحياة. [ 65 ] وبفضل اعتمادها على البصريات التكيفية ، تسمح تقنية OCR بإعادة تشكيل المصيدة البصرية ديناميكيًا أثناء التشغيل وتكييفها مع العينة. [ 66 ]

فرز الخلايا

تعتمد إحدى أنظمة فرز الخلايا الشائعة على قياس التدفق الخلوي عبر التصوير الفلوري . في هذه الطريقة، يُفرز معلق من الخلايا البيولوجية إلى حاويتين أو أكثر، بناءً على خصائص فلورية محددة لكل خلية أثناء تدفقها. وباستخدام شحنة كهربائية تُحصر فيها الخلية، تُفرز الخلايا بناءً على قياسات شدة الفلورة. تتم عملية الفرز بواسطة نظام انحراف كهرساكن يوجه الخلايا إلى الحاويات وفقًا لشحنتها.

في عملية الفرز المُفعّلة ضوئيًا، تُمرر الخلايا عبر بيئة بصرية، أي شبكات بصرية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد. وبدون أي شحنة كهربائية مُستحثة، تُفرز الخلايا بناءً على خصائص معامل انكسارها الذاتي، ويمكن إعادة تشكيلها للفرز الديناميكي. ويمكن إنشاء الشبكة البصرية باستخدام البصريات الحيودية والعناصر البصرية. [ 11 ]

من جهة أخرى، استخدم ك. لادافاك وآخرون مُعدِّلًا ضوئيًا مكانيًا لعرض نمط شدة ضوئية لتمكين عملية الفرز البصري. [ 67 ] وطبّق ك. شياو ودي جي غرير المجهر الفيديوئي الهولوغرافي لإثبات أن هذه التقنية قادرة على فرز الكرات الغروانية بدقة تصل إلى جزء من الألف من حيث الحجم ومعامل الانكسار. [ 68 ]

تعتمد آلية الفرز الرئيسية على ترتيب نقاط الشبكة البصرية. فمع تدفق الخلايا عبر هذه الشبكة، تتولد قوى ناتجة عن قوة سحب الجسيمات ، تتنافس مباشرةً مع قوة التدرج البصري (انظر فيزياء الملاقط البصرية) الصادرة من نقطة الشبكة. بتغيير ترتيب نقاط الشبكة، يُحدد مسار بصري مفضل تسود فيه القوى البصرية. وبمساعدة تدفق الخلايا، تتولد قوة محصلة موجهة على طول هذا المسار البصري المفضل. ومن ثم، توجد علاقة بين معدل التدفق وقوة التدرج البصري. وبضبط هاتين القوتين، يمكن تحقيق كفاءة فرز بصري عالية.

يتطلب تحقيق فرز بصري عالي الكفاءة ضبطًا دقيقًا لتوازن القوى في بيئة الفرز. ويكمن هذا الضبط بشكل أساسي في توازن هذه القوى؛ قوة السحب الناتجة عن تدفق السوائل وقوة التدرج البصري الناتجة عن ترتيب بقعة الكثافة الضوئية.

حصل علماء في جامعة سانت أندروز على تمويل كبير من مجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية في المملكة المتحدة ( EPSRC ) لتطوير جهاز فرز بصري. قد تنافس هذه التقنية الجديدة تقنية فرز الخلايا التقليدية المنشطة بالفلورة. [ 69 ]

الحقول المتلاشية

المجال المتلاشي [ 70 ] هو مجال بصري متبقٍ "يتسرب" أثناء الانعكاس الداخلي الكلي . ويتلاشى هذا "التسرب" الضوئي بمعدل أُسّي. وقد وجد المجال المتلاشي تطبيقات عديدة في التصوير بدقة نانومترية (المجهر)؛ كما أن التلاعب البصري الدقيق (الملاقط الضوئية) يكتسب أهمية متزايدة في البحث العلمي.

في الملاقط الضوئية، يُمكن توليد مجال متلاشٍ مستمر عند انتشار الضوء عبر دليل موجي ضوئي ( انعكاس داخلي كلي متعدد ). يتميز هذا المجال المتلاشٍ باتجاه محدد، مما يدفع الجسيمات الدقيقة على طول مسار انتشاره. وقد كان س. كاواتا وت. سوجيورا من الرواد الأوائل في هذا المجال عام ١٩٩٢، حيث أظهرا إمكانية ربط هذا المجال بالجسيمات القريبة منه بمسافة تصل إلى ١٠٠ نانومتر. [ ٧١ ] يُعامل هذا الربط المباشر للمجال كنوع من نفق الفوتون عبر الفجوة من الموشور إلى الجسيمات الدقيقة، مما ينتج عنه قوة دفع ضوئية اتجاهية.

استُخدم المجال المتلاشي الناتج عن ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لفرز الجسيمات بشكل انتقائي باستخدام الرنين الاهتزازي الجزيئي. ويُستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء المتوسطة عادةً لتحديد البنى الجزيئية للمواد نظرًا لوجود أنماط اهتزازية في منطقة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. ويمكن تعزيز القوة الضوئية بواسطة الرنين الاهتزازي الجزيئي عن طريق إثارة نمط التمدد لرابطة Si-O-Si عند 9.3 ميكرومتر. [ 72 ] وقد تبين أن الكريات المجهرية من السيليكا التي تحتوي على نسبة عالية من رابطة Si-O-Si تتحرك بسرعة تصل إلى عشرة أضعاف سرعة الكريات المجهرية من البوليسترين نتيجةً للرنين الاهتزازي الجزيئي. علاوة على ذلك، بحثت المجموعة نفسها إمكانية استخدام كروماتوغرافيا القوة الضوئية القائمة على الرنين الاهتزازي الجزيئي. [ 73 ]

تم إثبات وجود بلازمونات سطحية، وهي موجة متلاشية مُعززة تتمركز عند سطح التماس بين المعدن والعازل، باستخدام مجهر القوة الضوئية، حيث وُجد أن مقدار القوة الكلية أقوى بأربعين ضعفًا مقارنةً بالموجة المتلاشية العادية. [ 74 ] ومن خلال تشكيل السطح بجزر مجهرية من الذهب، يُمكن تحقيق احتجاز انتقائي ومتوازٍ في هذه الجزر. وتتراوح قوى الملاقط الضوئية الأخيرة في نطاق الفيمتونيوتن. [ 75 ]

يمكن أيضًا استخدام المجال المتلاشي لحصر الذرات والجزيئات الباردة بالقرب من سطح الموجه الضوئية أو الألياف النانوية الضوئية . [ 76 ] [ 77 ]

النهج غير المباشر

اخترع مينغ وو، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، الملاقط الكهروضوئية الجديدة.

حوّل وو الطاقة الضوئية من الثنائيات الباعثة للضوء (LED) منخفضة الطاقة إلى طاقة كهربائية عبر سطح موصل ضوئيًا. وتتلخص الفكرة في تمكين الثنائيات الباعثة للضوء من تشغيل وإيقاف المادة الموصلة ضوئيًا عبر إسقاطها الدقيق. وبما أن النمط الضوئي قابل للتغيير بسهولة من خلال الإسقاط الضوئي، فإن هذه الطريقة تتيح مرونة عالية في تبديل المشاهد الضوئية المختلفة.

تتم عملية التلاعب/التحريك عن طريق التغيرات في المجال الكهربائي الناتج عن نمط الضوء. تنجذب الجسيمات أو تتنافر من النقطة المُحفَّزة بسبب ثنائي القطب الكهربائي المُستحث. وتكون الجسيمات المُعلقة في سائل حساسة لتدرج المجال الكهربائي، وتُعرف هذه الظاهرة باسم الترحيل الكهربائي .

تتمثل إحدى المزايا الواضحة في اختلاف الموصلية الكهربائية بين أنواع الخلايا المختلفة. فالخلايا الحية تتميز بوسط موصل أقل، بينما تتميز الخلايا الميتة بوسط موصل ضئيل أو معدوم. وقد يكون النظام قادراً على معالجة ما يقارب 10000 خلية أو جسيم في الوقت نفسه.

انظر تعليقات البروفيسور كيشان دولاكيا حول هذه التقنية الجديدة، ك. دولاكيا، نيتشر ماتيريالز 4، 579-580 (01 أغسطس 2005) أخبار وآراء.

"استطاع النظام تحريك بكتيريا الإشريكية القولونية الحية وجزيئات بعرض 20 ميكرومترًا، باستخدام طاقة ضوئية أقل من 10 ميكروواط. وهذا يعادل جزءًا من مئة ألف من الطاقة اللازمة للملاقط الضوئية [المباشرة]". [ 78 ]

ومن الأنواع الجديدة البارزة الأخرى من الملاقط الضوئية، الملاقط الكهروضوئية الحرارية التي ابتكرها يوبينغ تشنغ في جامعة تكساس في أوستن . وتعتمد هذه التقنية على استخدام الضوء لخلق تدرج حراري، واستغلال الهجرة الحرارية للمادة من أجل الحبس الضوئي. [ 79 ] وقد قام الفريق بدمج الهجرة الحرارية مع التبريد بالليزر لتطوير ملاقط كهروضوئية تبريدية، وذلك لتجنب التلف الحراري، مما يتيح الحبس والتلاعب الضوئي غير الجراحي. [ 80 ]

التجليد الضوئي

عندما تُحصر مجموعة من الجسيمات الدقيقة داخل شعاع ليزر أحادي اللون، فإن تنظيم هذه الجسيمات داخل الحصر الضوئي يعتمد بشكل كبير على إعادة توزيع قوى الحصر الضوئي بينها. تُوفر إعادة توزيع قوى الضوء هذه توازنًا جديدًا للقوى على المجموعة ككل. وبذلك، يُمكننا القول إن مجموعة الجسيمات الدقيقة مُرتبطة ببعضها البعض بفعل الضوء. وقد أبلغ مايكل إم. بيرنز، وجان مارك فورنييه، وجين أ. غولوفشينكو عن أحد أوائل الأدلة التجريبية على الارتباط الضوئي [ 81 ] ، على الرغم من أن تي. ثيروناماشاندران تنبأ به في الأصل [ 82 ] .

ملاقط بصرية فلورية

من أجل معالجة وتصوير العينات التي تُظهر خاصية التألق في آن واحد ، يمكن بناء ملاقط ضوئية بجانب مجهر التألق . [ 83 ] تُعد هذه الأدوات مفيدة بشكل خاص عند دراسة جزيئات بيولوجية مفردة أو أعداد صغيرة منها تم وسمها بالتألق، أو في التطبيقات التي يُستخدم فيها التألق لتتبع وتصوير الأجسام المراد حصرها.

تم توسيع هذا النهج للاستشعار والتصوير المتزامنين للمركبات البروتينية الديناميكية باستخدام روابط طويلة وقوية يتم توليدها بواسطة نهج إنزيمي متعدد الخطوات عالي الكفاءة [ 84 ] ، وتم تطبيقه على دراسات آلات التفكيك أثناء العمل. [ 85 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ أشكين، أ. (1970). "تسريع الجسيمات واحتجازها بواسطة ضغط الإشعاع" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 24 (4): 156-159 . Bibcode : 1970PhRvL..24..156A . doi : 10.1103/PhysRevLett.24.156 .
  2. ^ أشكين أ، دزيدزيك جي إم، بجوركهولم جي إي، تشو إس (1986). “ملاحظة مصيدة بصرية ذات قوة متدرجة أحادية الشعاع للجسيمات العازلة”. رسائل البصريات . 11 (5): 288– 290. بيب كود : 1986OptL...11..288A . سيتيسيركس 10.1.1.205.4729 . دوى : 10.1364/OL.11.000288 . بميد 19730608 .  
  3. 1 2 ماثيوز جيه إن إيه (2009). "ظهور المصائد البصرية التجارية من مختبرات الفيزياء الحيوية". فيزياء اليوم . 62 (2): 26-28 . Bibcode : 2009PhT....62b..26M . doi : 10.1063/1.3086092 .
  4. ↑ هيل، موراي (نوفمبر 1987). " لقد كتب كتابًا عن حصر الذرات ". تم الاطلاع عليه في 25 يونيو 2005. مقابلة أجريت للنشرة الداخلية في مختبرات بيل. تتضمن تأكيدًا على أن أشكن هو مخترع الحصر البصري، وتقدم معلومات عن جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1997.
  5. ↑ "حوارات مع التاريخ: مقابلة مع ستيفن تشو" مؤرشفة بتاريخ 19 أغسطس 2022 في أرشيف الإنترنت (2004)، معهد الدراسات الدولية، جامعة كاليفورنيا في بيركلي. آخر دخول بتاريخ 2 سبتمبر 2006.
  6. ↑ أشكين أ، دزيدزيك ج م (1987). "الاحتجاز البصري ومعالجة الفيروسات والبكتيريا". مجلة ساينس . 235 (4795): 1517-1520 . doi : 10.1126/science.3547653 . PMID 3547653 . 
  7. 1 2 بولونيزي، غيدو؛ فريدين، مارك س.؛ صالحي ريحاني، علي؛ بارلو، ناثان إي.؛ بروكس، نيكولاس ج.؛ سيس، أوسكار؛ إيلاني، يوفال (14 مايو 2018). "تشكيل ودمج شبكات الحويصلات المحاكية بيولوجيًا باستخدام الملاقط الضوئية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 9 (1): 1882. Bibcode : 2018NatCo...9.1882B . doi : 10.1038/s41467-018-04282- w . ISSN 2041-1723 . PMC 5951844. PMID 29760422 .   
  8. ↑ رورفيج-لوند، أندرياس؛ بهادوري، عذراء؛ سيمسي، سزابولكس؛ بنديكس، بول مارتن؛ أودرشيد، لين ب. (29-05-2015). "اندماج الحويصلات المحفز بواسطة جسيمات الذهب النانوية المسخنة ضوئيًا". رسائل نانو . 15 (6): 4183-4188 . Bibcode : 2015NanoL..15.4183R . doi : 10.1021/acs.nanolett.5b01366 . ISSN 1530-6984 . PMID 26010468. S2CID 206726159 .   
  9. ↑ بلازكيز-كاسترو أ.؛ فرنانديز-بيكويراس ج.؛ سانتوس ج. (2020). "التلاعب بالمواد الوراثية وتعديلها عن طريق الحبس البصري والجراحة النانوية - منظور" . مجلة فرونتيرز في الهندسة الحيوية والتكنولوجيا الحيوية . 8 580937: 580937_1–25. doi : 10.3389 / fbioe.2020.580937 . PMC 7530750. PMID 33072730. S2CID 221765039 .   
  10. ↑ بيرنز، م. و. (2020). " المقصات الليزرية والملاقط لدراسة الكروموسومات: مراجعة" . مجلة فرونتيرز في الهندسة الحيوية والتكنولوجيا الحيوية . 8 721: 721_1–16. doi : 10.3389/fbioe.2020.00721 . PMC 7401452. PMID 32850689 .  
  11. 1 2 ماكدونالد إم بي، سبالدينغ جي سي ، دولاكيا كيه (2003). " الفرز الميكروفلويدي في شبكة بصرية". نيتشر . 426 (6965): 421-424 . Bibcode : 2003Natur.426..421M . doi : 10.1038/nature02144 . PMID 14647376. S2CID 4424652 .  
  12. ↑ كوس، ب. أ.، وجرير، د. ج.، "التمعج البصري"، مؤرشف بتاريخ 2006-09-02 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  13. ↑ موروجيسابيللاي، د.؛ وآخرون (2016). "دراسات الجزيء المفرد لبروتينات انحناء الحمض النووي ذات البنية عالية الحركة من المجموعة ب" . مراجعات الفيزياء الحيوية . 9 (1): 17-40 . doi : 10.1007/s12551-016-0236-4 . PMC 5331113. PMID 28303166 .   
  14. ↑ ويتزينز، جيريمي؛ هوشبرغ، مايكل (2011). "الكشف البصري عن تكتل الجسيمات النانوية الناتج عن جزيء مستهدف باستخدام رنانات عالية الجودة" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 19 (8): 7034-7061 . رمز Bibcode : 2011OExpr..19.7034W . doi : 10.1364/OE.19.007034 . PMID 21503017 . 
  15. ↑ لين إس؛ ك.ب. كروزير (2013). "استشعار الجسيمات والبروتينات بمساعدة الاحتجاز باستخدام تجاويف بصرية دقيقة على رقاقة". ACS Nano . 7 (2): 1725–1730 . Bibcode : 2013ACSNa...7.1725L . doi : 10.1021/nn305826j . PMID 23311448 . 
  16. ↑ بلازكيز-كاسترو أ. (2019). "الملاقط الضوئية: السمية الضوئية والإجهاد الحراري في الخلايا والجزيئات الحيوية" . الآلات الدقيقة . 10 : 507. doi : 10.3390/mi10080507 .
  17. ↑ شلوسر، نيكولاس؛ ريموند، جورج؛ بروتسينكو، إيغور؛ غرانجييه، فيليب (28 يونيو 2001). "تحميل ذرات مفردة دون بواسوني في مصيدة ثنائية القطب مجهرية" . مجلة نيتشر . 411 (6841): 1024-1027 . رمز Bibcode : 2001Natur.411.1024S . doi : 10.1038/35082512 . ISSN 1476-4687 . PMID 11429597. S2CID 4386843 .   
  18. دومكي ، ر .؛ فولك، م.؛ موثر، ت.؛ بوخكريمر، ف.ب. ج.؛ بيركل، ج.؛ إرتمر، و. (8 أغسطس 2002). "التحقيق البصري الدقيق لمصفوفات مصائد ثنائية القطب قابلة للعنونة الانتقائية: تكوين قابل للتطوير للحوسبة الكمومية باستخدام الكيوبتات الذرية" . مجلة Physical Review Letters ، 89 (9) 097903. arXiv : quant-ph/0110140 . Bibcode : 2002PhRvL..89i7903D . doi : 10.1103/PhysRevLett.89.097903 . PMID 12190441 . 
  19. ↑ توماس، جيسيكا؛ غروندالسكي، سونيا (19 يناير 2010). "فتح بوابة الحوسبة الكمومية" . الفيزياء . 3 s9. Bibcode : 2010PhyOJ...3S...9 . doi : 10.1103/Physics.3.s9 .
  20. ↑ ويلك، ت.؛ غايتان، أ.؛ إيفلين، س.؛ وولترز، ج.؛ ميروشنيتشينكو، ي.؛ غرانجييه، ب.؛ بروايس، أ. (2010-01-08). "تشابك ذرتين متعادلتين باستخدام حجب ريدبيرغ" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 104 (1) 010502. arXiv : 0908.0454 . Bibcode : 2010PhRvL.104a0502W . doi : 10.1103/ PhysRevLett.104.010502 . ISSN 0031-9007 . PMID 20366354. S2CID 16384272 .   
  21. ↑ إيزنهاور، ل.؛ أوربان، إ.؛ تشانغ، إكس إل؛ جيل، إيه تي؛ هيناج، تي.؛ جونسون، تي إيه؛ ووكر، تي جي؛ سافمان، م. (2010-01-08). "عرض توضيحي لبوابة كمومية من نوع NOT يتم التحكم فيها بواسطة ذرة متعادلة" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 104 (1) 010503. arXiv : 0907.5552 . Bibcode : 2010PhRvL.104a0503I . doi : 10.1103/PhysRevLett.104.010503 . ISSN 0031-9007 . PMID 20366355. S2CID 2091127 .   
  22. ↑ "مُجمِّع الذرات يُنتج مصفوفات خالية من العيوب" . عالم الفيزياء . 2016-11-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-12-04 .
  23. ↑ باريدو، دانيال؛ دي ليسيلوك، سيلفان؛ لينارد، فنسنت؛ لاهاي، تييري؛ بروايس، أنطوان (25-11-2016). "مُجمِّع ذري لذرات مصفوفات ذرية ثنائية الأبعاد عشوائية خالية من العيوب" . مجلة ساينس . 354 (6315): 1021-1023 . arXiv : 1607.03042 . Bibcode : 2016Sci...354.1021B . doi : 10.1126/ science.aah3778 . ISSN 0036-8075 . PMID 27811285. S2CID 25496096 .   
  24. ↑ إكستانس، آندي. "برج إيفل الذري يلوح في الأفق فوق مشهد الحوسبة الكمومية" . عالم الكيمياء . تم الاسترجاع في 4 ديسمبر 2021 .
  25. ↑ باريدو، دانيال؛ لينارد، فنسنت؛ دي ليسيلوك، سيلفان؛ لاهاي، تييري؛ بروايس، أنطوان (5 سبتمبر 2018). "بنى ذرية ثلاثية الأبعاد اصطناعية مُجمَّعة ذرةً ذرة" . مجلة نيتشر . 561 (7721): 79-82 . arXiv : 1712.02727 . Bibcode : 2018Natur.561...79B . doi : 10.1038/ s41586-018-0450-2 . ISSN 0028-0836 . PMID 30185955. S2CID 52158666 .   
  26. ↑ "محاكي كمومي قابل للبرمجة بدرجة عالية يعمل بما يصل إلى 256 كيوبت" . عالم الفيزياء . 22 يوليو 2021. تاريخ الاسترجاع: 4 ديسمبر 2021 .
  27. ↑ عبادي، سيبهر؛ وانغ، توت ت.؛ ليفين، هاري؛ كيسلينغ، ألكسندر؛ سيمغيني، جوليا؛ عمران، أحمد؛ بلوفشتاين، دوليف؛ ساماجدار، راين؛ بيشلر، هانز؛ هو، وين وي؛ تشوي، سون وون (2021-07-08). "الأطوار الكمومية للمادة على جهاز محاكاة كمومي قابل للبرمجة مكون من 256 ذرة" . مجلة نيتشر . 595 (7866): 227-232 . arXiv : 2012.12281 . Bibcode : 2021Natur.595..227E . doi : 10.1038/s41586-021-03582-4 . ISSN 0028-0836 . PMID 34234334 . S2CID 229363764 .   
  28. ↑ شول، باسكال؛ شولر، مايكل؛ ويليامز، هانا جيه؛ إيبرهارتر، ألكسندر أ؛ باريدو، دانيال؛ شيميك، كاي-نيكلاس؛ لينارد، فنسنت؛ هنري، لويس-بول؛ لانغ، توماس سي؛ لاهاي، تييري؛ لاوشلي، أندرياس إم. (2021-07-08). "محاكاة كمومية للمواد المضادة للمغناطيسية ثنائية الأبعاد مع مئات من ذرات ريدبيرغ" . مجلة نيتشر . 595 (7866): 233-238 . arXiv : 2012.12268 . Bibcode : 2021Natur.595..233S . doi : 10.1038/s41586-021-03585-1 . ISSN 0028-0836 . PMID 34234335 . S2CID 229363462 .   
  29. ^ بلوفشتاين، دوليف. ايفريد، سيمون J.؛ جيم، ألكسندرا أ؛ لي، صوفي ه.؛ تشو، هينجيون؛ مانوفيتز، توم. عبادي، سبير؛ قايين، مادلين؛ كالينوفسكي، مارسين؛ هانغليتر، دومينيك؛ أتايدس، ج. بابلو بونيلا؛ مسكرة، نيشاد؛ كونغ، ايريس. جاو، شون؛ رودريجيز ، بيدرو سيلز (2023/12/06). "معالج كم منطقي يعتمد على مصفوفات ذرية قابلة لإعادة التشكيل" . طبيعة . 626 (7997): 58–65 . أرخايف : 2312.03982 . دوى : 10.1038/s41586-023-06927-3 . ردمك 1476-4687 . PMC 10830422 . PMID 38056497 .   
  30. ↑ أبليجيت، الابن، آر دبليو؛ فيستاد، تور؛ وآخرون (2004). "الاحتجاز البصري، والتلاعب، وفرز الخلايا والغرويات في أنظمة الموائع الدقيقة باستخدام قضبان ليزر ثنائي" . أوبتكس إكسبرس . 12 (19): 4390-4398 . Bibcode : 2004OExpr..12.4390A . doi : 10.1364/OPEX.12.004390 . PMID 19483988. S2CID 8424168 .   
  31. ↑ موفيت جيه آر، شيملة واي آر، إيزاكي دي، بوستامانتي سي (2006). "الكشف التفاضلي عن المصائد المزدوجة يحسن الدقة المكانية للملاقط الضوئية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 103 (24): 9006-9011 . Bibcode : 2006PNAS..103.9006M . doi : 10.1073/pnas.0603342103 . PMC 1482556. PMID 16751267 .  
  32. ↑ وانغ، دكتور في الطب؛ ين، هـ.؛ لانديك، ر.؛ جيليس، ج.؛ بلوك، إس. إم. (مارس 1997). "تمديد الحمض النووي باستخدام الملاقط الضوئية" . مجلة الفيزياء الحيوية . 72 (3): 1335-1346 . Bibcode : 1997BpJ....72.1335W . doi : 10.1016/ S0006-3495 (97)78780-0 . PMC 1184516. PMID 9138579 .  
  33. ↑ ماشاغي، علي رضا؛ بيزروكافنيكوف، سيرجي؛ ميندي، ديفيد ب.؛ وينتينك، آن س.؛ كيتيك، رومان؛ زاخمان-براند، بيات؛ ماير، ماتياس ب.؛ كرامر، غونتر؛ بوكاو، بيرند؛ تانس، ساندر ج. (نوفمبر 2016). "أنماط بديلة لربط العميل تُمكّن المرونة الوظيفية لبروتين الصدمة الحرارية 70 (Hsp70)". مجلة نيتشر . 539 (7629): 448-451 . Bibcode : 2016Natur.539..448M . doi : 10.1038/nature20137 . PMID 27783598 . 
  34. ↑ جاغاناثان، ب؛ ماركويز، س (2013). "طي البروتين وفك طيه تحت تأثير القوة" . البوليمرات الحيوية . 99 (11): 860-869 . doi : 10.1002/bip.22321 . PMC 4065244. PMID 23784721 .  
  35. ↑ لين باترسون "تقنيات التلاعب الدقيق الجديدة في الملاقط الضوئية" ، (2003)
  36. ↑ غوردون، جيه بي (1973). "قوى الإشعاع والزخم في الأوساط العازلة". المراجعة الفيزيائية أ . 8 (1): 14-21 . رمز Bibcode : 1973PhRvA...8...14G . doi : 10.1103/PhysRevA.8.14 .
  37. ↑ هارادا، واي، وأساكورا، تي (1996). "قوى الإشعاع على كرة عازلة في نظام تشتت رايلي". اتصالات البصريات . 124 ( 5-6 ): 529-541 . Bibcode : 1996OptCo.124..529H . doi : 10.1016/0030-4018(95)00753-9 .
  38. ↑ برادشو، د. س.، وأندروز، د. ل. (2017). "معالجة الجسيمات بالضوء: الإشعاع وقوى التدرج" . المجلة الأوروبية للفيزياء . 38 (3): 034008. رمز Bibcode : 2017EJPh...38c4008B . doi : 10.1088/1361-6404/aa6050 .
  39. ↑ غوتشيوني، جي.؛ حسيني، إم.؛ أدلونغ، إس.؛ جونسون، إم. تي.؛ هوب، جيه.؛ بوخلر، بي. سي.؛ لام، بي. كيه. (يوليو 2013). "الرفع البصري الخالي من التشتت لمرآة تجويفية". رسائل المراجعة الفيزيائية . 111 (18) 183001. arXiv : 1307.1175 . Bibcode : 2013PhRvL.111r3001G . doi : 10.1103/PhysRevLett.111.183001 . PMID 24237512. S2CID 36954822 .  
  40. ↑ إيليتش، أوجنين؛ أتووتر، هاري أ. (أبريل 2019). "الرفع الضوئي ذاتي الاستقرار ودفع الأجسام النانوية الماكروسكوبية" (ملف PDF) . مجلة Nature Photonics . 13 (4): 289-295 . Bibcode : 2019NaPho..13..289I . doi : 10.1038/s41566-019-0373-y . ISSN 1749-4893 . S2CID 127470391 .  
  41. ↑ سمولي، دي إي؛ نيغارد، إي؛ سكواير، ك؛ فان واغونر، ج؛ راسموسن، ج؛ غنيتينغ، إس؛ قادري، ك؛ غودسيل، ج؛ روجرز، دبليو؛ ليندسي، إم؛ كوستنر، ك. (يناير 2018). "شاشة عرض حجمية تعتمد على مصيدة ضوئية" . مجلة نيتشر . 553 (7689): 486-490 . رمز Bibcode : 2018Natur.553..486S . doi : 10.1038/nature25176 . ISSN 0028-0836 . PMID 29368704 .  
  42. ↑ تشين، زيهان؛ لي، جينغانغ؛ تشنغ، يوبينغ (9 فبراير 2022). "التلاعب البصري بوساطة الحرارة" . مراجعات كيميائية . 122 (3): 3122-3179 . doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00626 . ISSN 0009-2665 . PMC 9833329. PMID 34797041 .   
  43. ↑ لين، لينهان؛ وانغ، مينغسونغ؛ بينغ، شياولي؛ ليسيك، إيمانويل ن.؛ ماو، زانغمينغ؛ سكارابيلي، ليوناردو؛ أدكينز، إميلي؛ كوسكون، شاهين؛ أونالان، حسنو إمراه؛ كورجيل، برايان أ.؛ ليز-مارزان، لويس م.؛ فلورين، إرنست-لودفيغ؛ تشنغ، يوبينغ (أبريل 2018). "ملاقط نانوية كهروضوئية حرارية" . مجلة نيتشر فوتونيكس . 12 (4): 195-201 . Bibcode : 2018NaPho..12..195L . doi : 10.1038/s41566-018-0134-3 . ISSN 1749-4893 . PMC 5958900 . PMID 29785202 .   
  44. ^ لي، جينغانغ؛ تشن، جيهان؛ ليو، ياوران؛ كوليبارا، بافانا سيدهارثا؛ فنغ، ييتشاو؛ تشانغ، تشنغ لونغ. تشنغ ، يويبينغ (2021/06/25). "ملقط التبريد البصري" . تقدم العلوم . 7 (26) eabh1101. بيب كود : 2021SciA....7.1101L . دوى : 10.1126/sciadv.abh1101 . ردمك 2375-2548 . بمك 8232904 . بميد 34172454 .   
  45. ^ كوليبارا، بافانا سيدهارثا؛ لي، شيويينغ؛ لي، جينغانغ؛ تشن، جيهان؛ دينغ، هونغرو؛ كيم، يونجسون؛ هوانغ، سويتشو؛ تشين، زينبينج؛ تشنغ ، يويبينغ (23/08/2023). "الملاقط الحرارية الضوئية منخفضة الحرارة" . اتصالات الطبيعة . 14 (1): 5133. بيب كود : 2023NatCo..14.5133K . دوى : 10.1038/s41467-023-40865-y . ISSN 2041-1723 . بمك 10447564 . بميد 37612299 .   
  46. ↑ جينيريش، آرني (5 سبتمبر 2022). الملاقط الضوئية: الطرق والبروتوكولات . سبرينغر نيتشر. ص 125. ISBN  978-1-0716-2229-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-07-2025 .
  47. ↑ دي جيه ستيفنسون؛ تي كي ليك؛ بي أغيت؛ في غارسيس-تشافيز؛ كي دولاكيا؛ إف غان-مور (16-10-2006). "النمو العصبي الموجه بصريًا عند أطوال موجية قريبة من الأشعة تحت الحمراء" . أوبتكس إكسبرس . 14 (21): 9786-9793 . Bibcode : 2006OExpr..14.9786S . doi : 10.1364/OE.14.009786 . PMC 2869025. PMID 19529370 .  
  48. ↑ نيومان، ك. س.، وبلوك، س. م. (2004). "الاحتجاز البصري" . مراجعة الأدوات العلمية . 75 (9): 2787-2809 . رمز Bibcode : 2004RScI...75.2787N . doi : 10.1063/1.1785844 . PMC 1523313. PMID 16878180 .  
  49. ↑ سفوبودا ك ، بلوك إس إم (1994). "التطبيق البيولوجي للقوى البصرية". المراجعة السنوية للفيزياء الحيوية وبنية الجزيئات الحيوية . 23 : 247-285 . doi : 10.1146/annurev.bb.23.060194.001335 . PMID 7919782. S2CID 8197447 .  
  50. ↑ شيفيتز، جيه دبليو، "دليل عملي للتصوير البصري" (22 أغسطس 2006). تاريخ آخر دخول: 12 سبتمبر 2006.
  51. ↑ Swartzlander, GA ; Gahagan, KT (1996-06-01). "احتجاز الجسيمات بالدوامات الضوئية". رسائل البصريات . 21 (11 ) : 827-829 . Bibcode : 1996OptL...21..827G . doi : 10.1364/OL.21.000827 . ISSN 1539-4794 . PMID 19876172. S2CID 8647456 .   
  52. ↑ هي، هـ.؛ فريز، م. إ. ج.؛ هيكنبرغ، ن. ر.؛ روبينشتاين-دنلوب، هـ. (31 يوليو 1995). "الملاحظة المباشرة لانتقال الزخم الزاوي إلى الجسيمات الماصة من شعاع ليزر ذي طور متفرد" (ملف PDF) . مجلة Physical Review Letters . 75 (5): 826-829 . Bibcode : 1995PhRvL..75..826H . doi : 10.1103/PhysRevLett.75.826 . PMID 10060128 . 
  53. ↑ فريز، إم إي جيه؛ هيكنبرغ، إن آر؛ روبينشتاين-دنلوب، إتش. (1998). "المحاذاة البصرية ودوران الجسيمات المجهرية المحصورة بالليزر" (ملف PDF) . مجلة نيتشر . 394 (6691): 348-350 . arXiv : physics/0308113 . Bibcode : 1998Natur.394..348F . doi : 10.1038/28566 . S2CID 4404320 . 
  54. ↑ كورتيس جيه إي، غرير دي جي، "بنية الدوامات البصرية"، مؤرشف في 2006-09-02 على موقع Wayback Machine (2003). آخر دخول في 3 سبتمبر 2006.
  55. ↑ بادجيت م، "المفاتيح البصرية" . تاريخ آخر وصول في 3 سبتمبر 2006.
  56. ↑ ماكجلين د، غارسيس-تشافيز ف، باترسون ل، كاروثرز ت، ميلفيل ه، دولاكيا ك، "عوارض بيسل" . تاريخ آخر وصول: 3 سبتمبر 2006.
  57. ↑ لادافاك ك، غرير دي جي (2004). "مضخة ميكانيكية ضوئية دقيقة مُجمَّعة ومُشغَّلة بواسطة مصفوفات دوامات بصرية هولوغرافية". أوبتكس إكسبرس . 12 (6): 1144-1149 . arXiv : cond-mat/0402634 . Bibcode : 2004OExpr..12.1144L . doi : 10.1364 /OPEX.12.001144 . PMID 19474932. S2CID 18255607 .  
  58. ^ نوم ، مارتن سي. فان دن بروك، برام؛ فان ماميرين، جوست؛ وويت، جيجس جي إل (11 نوفمبر 2007). “تصور بروتينات مفردة مرتبطة بالحمض النووي باستخدام الحمض النووي كمسبار مسح”. طرق الطبيعة . 4 (12): 1031-1036 . دوى : 10.1038 / نميث1126 . بميد 17994031 . S2CID 7007569 .  
  59. ↑ أ. د. تشاندرا وأ. بانيرجي (2020). "معايرة طور سريعة لمعدِّل ضوئي مكاني باستخدام أقنعة طورية مبتكرة وتحسين كفاءته باستخدام خوارزمية تكرارية" . مجلة البصريات الحديثة . 67 (7): 628-637 . arXiv : 1811.03297 . Bibcode : 2020JMOp...67..628C . doi : 10.1080/09500340.2020.1760954 . S2CID 219646821 . 
  60. ↑ رودريغو، خوسيه أ.؛ ألييفا، تاتيانا (2015-09-20). "مصائد ليزر ثلاثية الأبعاد حرة الحركة: أدوات لدراسة ديناميكيات الجسيمات المدفوعة بالضوء وما وراءها" . أوبتيكا . 2 (9): 812. رمز Bibcode : 2015Optic...2..812R . doi : 10.1364/OPTICA.2.000812 . ISSN 2334-2536 . 
  61. ↑ بومان، د.؛ هارت، ت. ل.؛ شاردونيه، ف.؛ غروت، س. دي؛ ديني، س. ج.؛ غوك، ج. لي؛ أندرسون، م.؛ أيرلندا، ب.؛ كاسيتاري، د. (1169). "التحكم عالي الدقة في الطور والسعة للهولوغرامات المولدة حاسوبيًا باستخدام تقنية تقليل التدرج المترافق". أوبتكس إكسبرس . 25 (10): 11692-11700 . arXiv : 1701.08620 . Bibcode : 2017OExpr..2511692B . doi : 10.1364/OE.25.011692 . ISSN 1094-4087 . PMID 28788742. S2CID 46763848 .   
  62. ↑ نيميروفسكي، جوناثان؛ ساجي، يواف (2021). "بوابة ثنائية الكيوبت سريعة وعالمية لذرات فرميونية متعادلة في الملاقط الضوئية" . مجلة Physical Review Research . 3 (1) 013113. arXiv : 2008.09819 . Bibcode : 2021PhRvR...3a3113N . doi : 10.1103/PhysRevResearch.3.013113 .
  63. ↑ هو ز، وانغ ج، ليانغ ج (2004). "معالجة وترتيب الجسيمات البيولوجية والعازلة باستخدام مسبار ليفي مزود بعدسة" . أوبتكس إكسبرس . 12 (17): 4123-4128 . Bibcode : 2004OExpr..12.4123H . doi : 10.1364/OPEX.12.004123 . PMID 19483954. S2CID 31640506 .  
  64. ^ Liberale C، Minzioni P، Bragheri F، De Angelis F، Di Fabrizio E، Cristiani I (2007). “مسبار ألياف مصغر بالكامل للملاءمة والتلاعب البصري ثلاثي الأبعاد”. الضوئيات الطبيعة . 1 (12): 723–727 . بيب كود : 2007NaPho...1..723L . دوى : 10.1038/nphoton.2007.230 .
  65. ^ موريتز كريسينج. توبياس كيسلينج؛ أناتول فريتش؛ كريستيان ديتريش؛ يوخن جوك؛ جوزيف كاس (2008). "دوار الخلية الضوئية" . البصريات اكسبريس . 16 (21): 16984– 92. بيب كود : 2008OExpr..1616984K . دوى : 10.1364/OE.16.016984 . بميد 18852807 . S2CID 23912816 .  
  66. ↑ كريسينغ، م.؛ أوت، د.؛ شميدبيرغر، م. ج.؛ أوتو، أ.؛ شورمان، م.؛ مارتن-بادوسا، إ.؛ وايت، ج.؛ غوك، ج. (2014). "التشغيل الديناميكي للألياف البصرية خارج نطاق النمط الأحادي يُسهّل توجيه الخلايا البيولوجية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 5 5481. Bibcode : 2014NatCo...5.5481K . doi : 10.1038/ncomms6481 . PMC 4263128. PMID 25410595 .  
  67. ↑ لادافاك، ك.؛ كاسزا، ك.؛ غرير، د. (2004). "فرز الأجسام الميزوسكوبية ذات المناظر الطبيعية ذات الجهد الدوري: التجزئة البصرية". مجلة Physical Review E. 70 ( 1) 010901. Bibcode : 2004PhRvE..70a0901L . doi : 10.1103/PhysRevE.70.010901 . PMID 15324034. S2CID 14608670 .  
  68. ↑ شياو، كي؛ غرير، ديفيد ج. (2010). "التجزئة البصرية متعددة الأبعاد للجسيمات الغروية مع التحقق الهولوغرافي". رسائل المراجعة الفيزيائية . 104 (2) 028302. arXiv : 0912.4754 . Bibcode : 2010PhRvL.104b8302X . doi : 10.1103/PhysRevLett.104.028302 . PMID 20366628. S2CID 21476119 .  
  69. ↑ "التجزئة والفرز البصريان." ، مركز أبحاث السرطان في اسكتلندا. تاريخ آخر دخول: 3 سبتمبر 2006.
  70. ↑ "ملامح استقطاب وشدة المجال المتلاشي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21-07-2006 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-11-2005 .
  71. ↑ كاواتا، س؛ سوجيورا، ت (1992). "حركة الجسيمات ذات الحجم الميكرومتري في المجال المتلاشي لشعاع الليزر". رسائل البصريات . 17 (11): 772-774 . Bibcode : 1992OptL...17..772K . CiteSeerX 10.1.1.462.4424 . doi : 10.1364/OL.17.000772 . PMID 19794626 .  
  72. ↑ ستاتسينكو، آنا؛ دارماوان، يوشوا ألبرت؛ فوجي، تاكاو؛ كودو، تيتسوهيرو (15 نوفمبر 2022). "التلاعب البصري بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة بناءً على الرنين الاهتزازي الجزيئي" . مجلة Physical Review Applied . 18 (5) 054041. Bibcode : 2022PhRvP..18e4041S . doi : 10.1103/PhysRevApplied.18.054041 .
  73. ^ دارماوان، يوشوا ألبرت. غوتو، تاكوما. ياناجيشيما، تايكي؛ فوجي، تاكاو؛ كودو ، تيتسوهيرو (2023/08/17). “كروماتوغرافيا القوة الضوئية للأشعة تحت الحمراء المتوسطة للكريات المجهرية التي تحتوي على روابط سيلوكسان” . مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 14 (32): 7306–7312 . بيب كود : 2023JPCL...14.7306D . دوى : 10.1021/acs.jpclett.3c01679 . ردمك 1948-7185 . بميد 37561048 .  
  74. ↑ فولبي، جي.، كويدانت، ر.، بادينيس، جي.، بيتروف، د. (2006). "قوى إشعاع بلازمون السطح". رسائل المراجعة الفيزيائية . 96 (23) 238101. Bibcode : 2006PhRvL..96w8101V . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.238101 . hdl : 11693/53564 . PMID 16803408. S2CID 26221345 .  
  75. ↑ ريغيني م، فولبي ج، جيرارد س، بيتروف د، كويدانت ر (2008). "الملاقط البصرية للبلازمون السطحي: معالجة بصرية قابلة للضبط في نطاق الفيمتونيوتن". رسائل المراجعة الفيزيائية . 100 (18) 186804. رمز Bibcode : 2008PhRvL.100r6804R . doi : 10.1103/PhysRevLett.100.186804 . PMID 18518404. S2CID 38405168 .  
  76. ↑ "فيزياء الذرات الباردة باستخدام الألياف النانوية البصرية" . الفيزياء الكمية التطبيقية . جامعة فيينا للتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 سبتمبر 2012 .
  77. ↑ "الشبكات الكمومية باستخدام مجموعات ذرية" . قسم البصريات الكمومية ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 سبتمبر 2012 .
  78. ↑ اختراع: جنود يطيعون الروائح ، مجلة نيو ساينتست، 8 نوفمبر 2005
  79. ↑ لينهان لين، ...؛ يوبينغ تشنغ (2018). "ملاقط نانوية كهروضوئية حرارية" . مجلة نيتشر فوتونيكس . 12 (4): 195-201 . Bibcode : 2018NaPho..12..195L . doi : 10.1038/ s41566-018-0134-3 . PMC 5958900. PMID 29785202 .  
  80. ^ جينغانغ لي. ز. تشين؛ واي ليو؛ بي إس كوليبارا؛ واي فنغ؛ ز. تشانغ؛ يويبينج تشنغ (2021). "ملقط التبريد البصري" . تقدم العلوم . 7 (26) eabh1101. بيب كود : 2021SciA....7.1101L . دوى : 10.1126/sciadv.abh1101 . بمك 8232904 . بميد 34172454 .  
  81. ↑ بيرنز إم إم؛ غولوفشينكو جيه إم؛ غولوفشينكو جيه إيه (1989). "الربط البصري" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 63 (12): 1233-1236 . رمز Bibcode : 1989PhRvL..63.1233B . doi : 10.1103/PhysRevLett.63.1233 . PMID 10040510 . 
  82. ↑ ثيروناماشاندران، ت. (10-06-1980). "التفاعلات بين الجزيئات في وجود مجال إشعاعي مكثف". الفيزياء الجزيئية . 40 (2): 393-399 . Bibcode : 1980MolPh..40..393T . doi : 10.1080/00268978000101561 . ISSN 0026-8976 . 
  83. ↑ ويتلي، كيفن د.؛ كومستوك، ماثيو ج.؛ شيملة، يان ر. (2017). "ملاقط ضوئية عالية الدقة: ملاقط ضوئية ثنائية المصيدة مُدمجة مع كشف التألق لجزيء واحد". الملاقط الضوئية . طرق في البيولوجيا الجزيئية. المجلد 1486. ​​الصفحات 183-256 . doi : 10.1007/978-1-4939-6421-5_8 . ISBN   978-1-4939-6419-2. PMC 5541766 . PMID 27844430 .  
  84. ↑ أفيلانيدا إم جيه، كويرز إي جيه، ميندي دي بي، سوندرليكوفا في، تانس إس جيه (2020). "الاستشعار والتصوير المتزامنان للمركبات الجزيئية الحيوية الفردية بفضل اقتران الحمض النووي-البروتين المعياري" . مجلة كيمياء الاتصالات . 3 (1) 20: 1-7 . Bibcode : 2020CmChe...3...20A . doi : 10.1038/s42004-020-0267-4 . PMC 9814868. PMID 36703465 .  
  85. ↑ أفيلانيدا إم جيه، فرانك كيه بي، سوندرليكوفا في، بوكاو بي، موغك إيه، تانس إس جيه (2020). "الإخراج التدريجي لحلقات عديد الببتيد بواسطة إنزيم تفكيك Hsp100". نيتشر . 578 ( 7794): 317-320 . Bibcode : 2020Natur.578..317A . doi : 10.1038/s41586-020-1964-y . PMID 31996849. S2CID 210949475 .