Лазерный пинцет

Лазерный пинцет— прибор, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света. Он позволяет прикладывать к диэлектрическим объектам силы размерностью до наноньютонов (10⁻⁹Н) и измерять расстояния от нескольких нанометров.

Принцип работы лазерного пинцета состоит в том, что оптически прозрачные микрочастицы, имеющие размеры больше длины волны падающего света (например, живые клетки) одновременно отражают и преломляют свет лазера. Согласно второму закону Ньютона, это приводит к возникновению сил отталкивания частиц в направлении от источника света и одновременно сил, возвращающих частицу в исходное положение.

При помещении частицы в фокус луча лазера эти силы уравновешиваются, и частица попадает в «ловушку». Ее смещение от этого положения вызывает появление дополнительной силы, возвращающей частицу обратно.

Рисунок 2. «Захват» коллоидной частицы

Для «захвата» коллоидной частицы оптический пинцет использует сильно фокусированный лазерный пучок. Градиент интенсивности излучения затягивает частицу в область перетяжки пучка, тогда как давление света выталкивает ее по направлению оптической оси. Когда градиентная сила доминирует – частица «поймана» в области точки фокуса; в противном случае частица движется вдоль оптической оси.

Благодаря способности манипулировать субмикроскопическими объектами вплоть до атомов и измерять наноньютонные силы и нанометровые перемещения лазерный пинцет рассматривается как один из важнейших инструментов для нанотехнологий. В последние годы лазерные пинцеты начали использоваться для изучения структуры и принципа работы белков.

Фотохимия

Некоторые типы лазеров могут производить сверхкороткие световые импульсы, измеряемые пикосекундами и фемтосекундами (10⁻¹²— 10⁻¹⁵с). Такие импульсы можно применять для запуска и анализа химических реакций. Сверхкороткие импульсы могут использоваться для исследования химических реакций с высокой разрешающей способностью по времени, позволяя достоверно выделять короткоживущие соединения.

Манипуляция поляризациейимпульса позволяет селективно выбирать направление химической реакции из нескольких возможных (когерентный контроль). Такие методы находят своё применение вбиохимии, где с их помощью исследуют образование и работубелков.

2. Применение лазеров в промышленности

В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (керамику и металл).

Лазеры используются для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости. Широкое применение получила также лазерная маркировка промышленных образцов и гравировка изделий из различных материалов. При лазерной обработке материалов на них не оказывается механическое воздействие, поэтому возникают лишь незначительные деформации. Кроме того весь технологический процесс может быть полностью автоматизирован. Именно поэтому лазерная обработка характеризуется высокой точностью и производительностью.