реферат История и методология оптического манипулирования объектами
реклама
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК РЕФЕРАТ ПО ИСТОРИИ И ФИЛОСОФИИ НАУКИ «История и методология оптического манипулирования объектами» Тема согласована: Научный руководитель _______________ _д. ф.-м. н., Соколовский Григорий Семенович_ «___» ___________ 20__ (подпись) (ученая степень, фамилия, имя, отчество) Преподаватель _______________ ________________________________________ «___» ___________ 20__ (подпись) (ученая степень, фамилия, имя, отчество) аспирант __Фельчина-Абдулразак Саусан Хассановна__ (фамилия, имя, отчество) Направление подготовки: __03.06.01 физика и астрономия _______________ (код и наименование направления подготовки) САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2020 2 Содержание ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 3 1 Сила светового давления ............................................................................................. 6 2 Оптическое манипулирование .................................................................................... 9 2.1 Лазерный пинцет в генетике ............................................................................... 10 2.2 Ловушки с изменяемыми параметрами ............................................................. 11 2.3 Сортировка клеток ............................................................................................... 12 2.4 Измерение физических характеристик клеток.................................................. 13 2.5 Применение негауссовых пучков ....................................................................... 14 3 Измерение сил оптическим пинцетом ..................................................................... 16 3.1 Изучение характеристик ДНК с помощью оптического пинцета................... 16 3.2 Использование негауссовых пучков .................................................................. 18 Заключение .................................................................................................................... 21 Литература ..................................................................................................................... 23 3 ВВЕДЕНИЕ С древнейших времен считалось, что свет лежит в основе бытия. Первой наукой о свете считается «метафизика свет» - термин впервые введенный К. Боймкером в начале ХХ века. Свет играет роль посредствующего звена, скрепляющего в единое онтологическое целое телесное и духовное. Воздействие света на макромир ощущается всем живым в различной степени: энергия для растений; тепло, обогревающие нашу планету; бог. «Божественный мрак — это недосягаемый свет, в котором, как сказано в Писании, обитает Бог.» Дионисий Ареопагит [1]. Римский философ Л.А. Сенека заметил, что при подлете к солнцу хвосты комет увеличиваются еще в начале новой эры, однако данное явление связали со светом намного позже. Кеплер первым высказал теорию о «сметающем» воздействие Солнца на хвосты комет, это было в 1619 году [2]. В культуре Нового времени природа света изучалась точными науками, а также анализировалась рядом гуманитарных дисциплин. Свет рассматривался в философии, богословии, искусствознании и многих других науках. На каждом витке культурных изменений происходило переосмысление этой важнейшей категории в системе картины мира. «Мои тщетные попытки как-то ввести квант действия в классическую теорию продолжались в течение ряда лет и стоили мне немалых трудов. Некоторые из моих коллег усматривали в этом своего рода трагедию. Но я был другого мнения об этом, потому что польза, которую я извлекал из этого углубленного анализа, была весьма значительной. Ведь теперь я точно знал, что квант действия играет в физике гораздо более важную роль, чем я вначале был склонен считать» [3]. Ученым XVIII столетия досталось богатое наследие фактов и идей, порожденных яростной дискуссией их предшественников о природе света, что позволило совершить прорыв. Однако исследования были осложнены еще и тем, что все эти теории формулировались их создателями чисто качественно, т. е. почти без использования математики. [4]. В конце XVIII века физик и астроном А. 4 Харатсакер указывал, что, по мнению путешественников, солнечные лучи своим давлением замедляют движение вод Дуная. На рубеже ХIХ-ХХ веков кардинально перестраивалась культура. Классическая философия, наука и искусство претерпевали мощные изменения и перешли в неклассическую стадию развития. Кризис гуманизма и всей классической культуры привел к поиску фундаментальных принципов бытия, а различные философские системы стали характеризоваться онтологическим ракурсом размышлений. Соответственно, на стыке веков, эпох и культурных парадигм произошло переосмысление света. Именно в это время Максвелл на основе своей электромагнитной теории предсказал давление света. Максвелл провел расчеты для вычисления светового давления в ясный день, однако это была только теория, неподкрепленная экспериментальными данными, и он так и не дал точного ответа на вопрос: «существует ли световое давление?». Ответить да этот вопрос получилось только П. Лебедеву (1866-1912) [5]. Именно Лебедев первым провел эксперимент, доказывая существование светового давления, в 1899 году [6]. Он посвятил этой теме всю жизнь и это принесло ему мировую известность и признание. У. Томсон говорил: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового движения, а вот ... Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами». В начале ХХ века проблема света актуализировалась на самых разных культурных уровнях. Такое заострение внимания к свету объясняется изменениями в материальной культуре, а также достижениями в области науки и техники. В науке произошло открытие природы света: свет перестает восприниматься как нечто божественное и начинает восприниматься как квантовая частица, являющаяся одновременно волной и частицей. При помощи особого света рентгенизлучений человек получил способность проникать в тело и проявлять невидимое. Исследования света продолжались и в итоге привели к создания мазеров, а затем и лазеров. «Открытие физических принципов квантовой электроники в 1954 г. – одно из самых выдающихся достижений науки ушедшего века, придавшее значительный импульс развитию современной цивилизации. Венцом этого 5 достижения, безусловно, является создание в 1960 году лазера – источника высококогерентного оптического излучения», – высказался О.Н. Крохин, академик ФИАН им. П.Н. Лебедева РАН, Москва. [7]. Создание столь мощного источника света с сильно сконцентрированным излучением, позволило по-новому взглянуть на световое давление, эффект от которого, как выяснилось, становиться не просто заметным, а неоспоримым и применимым. Первые исследования по прикладному применению светового давления были осуществлены А. Ашкином в 70-х годах прошлого столетия, идея заключалась в возможности бесконтактного манипулирования микрочастицами оптическим излучением [8]. Ашкин продемонстрировал впервые в истории бесконтктное манипулирование микрочастицами при помощи оптического излучения. Именно такой подход получил широкое распространение и называется методом оптического пинцета. 6 1 Сила светового давления Маленький пропеллер, накрытый стеклянным колпаком, начинает безостановочно вращаться, как только включается стоящая рядом обычная настольная лампа. Когда подобная вертушка крутится под действием ветра, это вряд ли кого удивит, но тут — стеклянный колпак, который не пропускает никакого воздуха. Пройти может только свет. Значит, он давит на лопасти не хуже воздушного потока? Когда английский физик Крукс — нечаянно, для других целей — сделал первую световую вертушку, Лебедеву было всего семь лет, и физики без него успели понять, что причина ее вращения, действительно, свет, но это не было давление. Не случайно, оказывается, попав под солнечные лучи, так легко ощущаешь их тепло, но совершенно не чувствуешь их давление. Как раз тепло и вращает вертушку, нагревая воздух, окружающий вертушку под колпаком. Теоретики подсчитали, что эти слабенькие «тепло-воздушные» силы в тысячи раз больше предсказанных сил светового давления. Так предсказывала электромагнитная теория света, придуманная великим Максвеллом за год до рождения Лебедева. Вещество, электричество и свет — столь очевидно различны, что долгое время физики исследовали их порознь. Об их взаимосвязи догадывался Фарадей, а Максвелл воплотил догадку в точную теорию. Некоторые выводы ее, однако, оказались столь странными, что мало кто им поверил. В самом деле, из своих формул Максвелл получил, что электромагнитные сигналы могут распространяться без проводов, и что их скорость равна скорости света; отсюда он предположил, что и сам свет — это электромагнитные колебания. Из этих же формул он обнаружил, что поток света должен не только нагревать освещаемую поверхность, но и давить на нее. Вычислил это давление и понял, что оно должно быть очень мало. Новые идеи Максвелла не укладывались в рамки тогдашних научных представлений. Британская идея электромагнитного поля, или распределенной по пространству силы, выдвинутая Фарадеем, была чужеродной для континентальной 7 — прежде всего германской — физики, где были только электрически заряженные частицы, между которыми попарно действовали силы. В течение нескольких десятилетий физика пребывала в растерянности — не имея оснований отвергнуть идеи Фарадея — Максвелла и не имея духу поверить в них. Первый успех теории Максвелла принесли опыты немецкого физика Генриха Герца, сначала скептически смотревшего на британскую теорию. В 1888 году Герц сумел материализовать то, что у Максвелла было лишь математическими формулами: в результате он убедился сам и убедил других, что электромагнитные колебания могут путешествовать без проводов и действительно со скоростью света [9]. Что касается самого света, предсказания Максвелла оставались под вопросом. Даже его соотечественник, Уильям Томсон, не верил в световое давление, хотя он получил дворянский титул лорда Кельвина за свои научные заслуги именно в области электричества (за участие в проекте трансатлантического телеграфного кабеля) [10]. В проверке максвелловской теории света могла помочь вертушка Крукса [11]. Именно поэтому физики старались ее усовершенствовать. Прежде всего они пытались удалить воздух из-под колпака — улучшить условия для своих измерений. К тому времени, когда Лебедев знакомился с проблемой, физики научились откачивать воздух из сосуда так, что его там оставалась лишь одна стотысячная часть. Однако и этого остатка было слишком много — воздушные веяния все еще во много раз превышали силу светового давления. И вот за дело, начатое англичанами, взялся русский, получивший отличное германское образование в весьма французском Страсбурге. Лебедеву удалось — он придумал, как уменьшить долю остающегося под колпаком воздуха еще в сто раз, и добился, наконец, чтобы помехи стали меньше светового давления. Несколько лет потребовалось на измерение величины, сравнимой с весом блохи. Результат его опытов, как бы мала ни была измеренная им величина, отвечал на большой вопрос науки его времени. 8 Вот почему доклад Лебедева о его экспериментах на Первом международном конгрессе физиков в Париже (август 1900 года) и его публикации в центральных журналах очень быстро сделали ему имя. Кроме прочего, опыты Лебедева заставили именитого физика лорда Кельвина сдаться перед максвелловской теорией. 9 2 Оптическое манипулирование Пионер области оптического манипулирования А. Ашкин предсказал применения метода оптического пинцета еще в своих первых статьях и сумел заинтересовать большой круг людей. Его коллега и друг Стивен Чо, решая основные проблемы метода того времени - малые силы пленения и нежелательный нагрев – изобретает метод лазерного охлаждения объектов, за что получает нобелевскую премию в 1997 году [12]. Однако, по мнению А. Ашкина основным направлением применения оптического пинцета является биология, а основной задачей является получение устойчивой ловушки для пленения нескольких органических объектов одновременно. В настоящие время именно области науки, связанные с биологией, наиболее активно применяют метод оптического пинцета. Но стоит заметить, что проблему создания устойчивой ловушки для нескольких объектов до сих пор решают. Первый оптический пинцет состоял из электронного микроскопа, чаши Петри и лазера с длиной волны 1.064 мкм [8]. Установка работает на одном Гауссовом пучке. В 1986 году А. Ашкин развил концепцию однопучковой лазерной схемы, действующей за счет использования лазерных мод высокого порядка, то есть эрмитово-гауссовых пучков, Гаусса-Лагерра пучков и бесселевых пучков [13]. Следует заметить, что новая схема не решала проблем, обозначенных ранее и исследования, продолжались, однако наибольшую популярности метод сыскал лишь на рубеже ХХ и ХХI веков. За последние 10 лет метод оптического пинцета получил широкое применение, за счет появления новых схем реализации захвата: трехпучковая схема пленения и ввод дополнительных элементов – акустические и акустоэлектрические отражатели, дисперсионные пластинки [14]. Оптический пинцет обладает определенным преимуществом по сравнению с современными методами исследования биомассы: малый размер области захвата, до нескольких длин волн (порядка 10-5 см) [15]. Область пленения варьируется от 100 нм до сотен микрометров, такой диапазон размеров рабочей области дает 10 возможность пленить как группы микробиологических объектов, так и осуществлять единичное пленение. При области захвата порядка 100 нм, возможно пленить органоиды, не причинив вреда клеткам. Используемые объемы для экспериментов в цитологии составляют 0.03 мл (объем капли воды) или меньше [16]. Оптический пинцет на пучках Гаусса-Лагерра втягивает в ловушку частицы с высоким оптическим отражением и поглощением, имеют собственный угловой момент, придает частицам вращательный момент [13]. Передавая свет с круговой поляризацией и используя волновую пластинку, возможно получить Гауссов пучок со спиновым орбитальным моментом. Бесселевы пучки как нулевого, так и высших порядков, обладают следующими важными характеристиками: орбитальный момент, свойство удерживать одновременно много частиц на некотором удалении друг от друга [13]. 2.1 Лазерный пинцет в генетике Исследования и работы с органическими веществами, живыми микроорганизмами (бактериями, вирусами, паразитами и другими), клетками и ДНК осуществляется посредством химических процессов. По сравнению с методом оптического пинцета, данный метод является непредсказуемым, воздействую на биомассу в целом, увеличивая шанс спонтанного выхода химической реакции. На рисунке 1 представлен метод оптического пленения в генетике, позволяющий захватывать цепочки ДНК и «раскручивать» их. При помощи цепочки РНК считывается генетическая информация с плененного ДНК, точечное манипулирование позволяет лучше контролировать копирования [12]. сила, пН 11 удлинение, нм Рисунок 1 – пленение молекулы ДНК, используя двухпучковую схему захвата, путем изменения прикладываемого напряжения на лазере, контролируется копирование ДНК с помощью РНК [12] 2.2 Ловушки с изменяемыми параметрами Добавление в схему акусто- и электрооптических отражателей позволяет изменять положение ловушки с высокой скоростью (порядка нескольких кГц). Подобные технологии позволяют изменять геометрию и положение захвата, делая возможным синхронизацию во времени несколько ловушек [18]. Регулировка механической энергии, во время захвата позволяет в момент перемещения или структурного изменения молекулы ускорить процесс или наоборот препятствовать ему. Последовательно изменяя силу захвата, придаем молекуле необходимый вид [19]. Метод используется для контроля роста нейронов, путем манипулирования нейронными конусами и последовательного приложения сил определенной величины [20] (рисунок 2). 12 Рисунок 2 – управление ростом нейронных конусов при помощи оптического излучения. Интервал между фотографиями 2 минуты [20] 2.3 Сортировка клеток Система сортировки клеток использует метод цитометрии и детекцию флюоресцентного света, суспензия биологических клеток сортируется в несколько контейнеров по флюоресцентным характеристикам каждой клетки в потоке. Процесс сортировки контролируется электростатической системой отклонения, которая направляет клетку к определенному контейнеру, изменяя напряжение электрического поля [21]. Группа Кишан-Долакиа оптически управляемую систему сортировки, на основе дифракционной оптики и других оптических элементов. Клетки пропускаются клетки через двух- или трехмерные оптические решетки, без поляризации электрическим полем клетки сортируются в зависимости от того, как они преломляют свет [21]. Когда поток клеток проходит через оптические решетки, на них действуют трение и градиентные силы от ближайших узлов (рисунок 3). Изменяя расположение узлов, можно создать оптическую дорожку, по которой будут двигаться клетки. Каждая дорожка работает только для клеток с определенным 13 показателем преломления, эффективно отклоняясь неравномерным световым потоком. Рисунок 3 – схема сортировки оптическим излучением. Оптическая сортировка регулируется скоростью потока клеток и мощностью света [22] Для высокой эффективности оптической сортировки баланс сил в системе сортировки требует точной юстировки. Сейчас в Университете св. Эндрю (Великобритания) создана большая исследовательская группа для работы над этой проблемой [21]. В случае успеха эта технология сможет заменить традиционное флюоресцентной сортировки клеток. 2.4 Измерение физических характеристик клеток Изучение механических свойств клеточных мембран с помощью оптического пинцета основано на формировании мембранных тубулярных структур (МТС). Микросферы прикрепляют к внешней поверхности мембраны и отводят от клеток, частично фиксированных на субстрате (покровном стекле). Между клеткой и микросферой образуется тонкая трубчатая структура, сформированная фосфолипидным бислоем. Измерение силы, приложенной на микросферу со стороны МТС, характеризует механические параметры клетки, такие как натяжение, обобщенная вязкость мембраны и влияние различных факторов на вязкость мембраны. Первая демонстрация использование оптического пинцета для формирования МТС и последующего измерения механических свойств клетки 14 проведена в 1989 г. [22]. Использовались растительные клетки зеленого лука и спирогиры, МТС вытягивались внутрь клетки, вместо микросфер использовались мелкие клеточные органеллы. Позднее начались исследования биоматериала человека и различных животных на основе этой методики. Исследования такого рода позволяют изучать механические свойства клетки в различных состояниях, для полного понимания строения и функционирования клеток, тканей и органов, а также влияния на них различных веществ. 2.5 Применение негауссовых пучков Для создания негауссово профиля распределения интенсивности излучения и изменения характеристик ловушки используются дифракционные оптические элементы. Причиной использования негауссовых пучков является ряд ограничений a при использовании стандартного гауссова пучка: соотношение показателей преломления среды и объекта пленения (n1 <n2, где n1 – показатель преломления объекта, а n2 – показатель преломления среды), объект прозрачен на длине волны излучения лазера. Самыми распространенными являются следующие: пучки Бесселя, Гаусса-Лагерра и Эйри. Преимуществами использования негауссовых пучков являются: пучки Гаусса-Лагерра имеют в центре распределения минимум интенсивности, что позволяет пленить частицы, не удовлетворяющие основному критерию (n1 <n2); ловушки позволяют захватывать частицы, обладающие значительным поглощением, без риска разрушения объектов пленения за счет их нагрева. Самым распространенным пуком, используемым для пленения биологических объектов, является Бесселев пучок, обладающий рядом свойств: является самовосстанавливающимся (после прохождения объекта восстановит свое распределение через конечное расстояние); отсутствует расходимость, что позволяет не использовать фокусирующую технику; в плоскости сечения пучка возможно пленить несколько частиц одновременно, так как пучок не искажается при прохождении объектов. Таким образом возможен захват нескольких объектов 15 в двух направлениях: в плоскости сечения пучка и в направлении распространения луча. Пучки с негауссовым распределением интенсивности решают ряд проблем связанных с пленением биологических объектов, таких как бактерии, микроорганизмы, клетки тканей и многие другие. Для пленения, которых важными параметрами ловушки являются: область и сила фокусировки оптической схемы, качества лазерного пучка, его типа, степень сжатия и плотность излучения в области фокуса, соотношение показателей преломления среды и частицы, поглощение частицы и ее размеры. 16 3 Измерение сил оптическим пинцетом Основным направлением применения оптического пинцета на данный момент является измерение сил на микроскопическом уровне. Силы взаимодействия клеток тканей имеют порядок нескольких пиконьютонов, связь между молекулами ДНК – фемтоньютоны, силы необходимые для изучения жесткости мембраны или оболочки микробиологического объекта имеют порядок наноньютонов. Оптический пинцет является единственным инструментом, позволяющим с высокой точностью определить значение данных сил. Частица, находящаяся вблизи оптической ловушки, будет испытывать силу притяжения, можем вывести классическую зависимость [14] F kx , где k – жесткость ловушки. Измерение положение объекта позволяет определить силу, действующую на объект со стороны ловушки с точностью до 0.5 пН, данный порог определяется разрешением современных камер. Для преодоления возможно использование других методов распознавания траектории объекта пленения, например, при смещение захваченной частицы посредством внешних сил происходит отклонение пучка, измеряемое позиционно-чувствительным фотодиодным детектором. Такое анализированные позволяет уменьшить порог в 50 раз [18]. В двухпучковой схеме, лазер, используемый для захвата, может измерять силу воздействия путем измерения изменений распространения излучения, вызванного присутствием объекта [24]. 3.1 Изучение характеристик ДНК с помощью оптического пинцета Оптический пинцет, позволяет исследовать различные стадии развития ДНК и измерять их термодинамические параметры. Например, для исследования процесса сворачивания ДНК из спирали в клубок необходимо растянуть молекулу в оптической ловушке, данные эксперименты позволят более детально изучить формирование генотипа и процесс считывания информации РНК с ДНК. 17 Рисунок 4 – Схема эксперимента по растягиванию единичной ДНК в двухпучковой схеме оптического пинцета [25] Полистироловые шарики путем химической связи удерживают ДНК для осуществления эффективного пленения, как показано на рисунке 4. При увеличении длины молекулы до 0.34 нм сила, необходимая для растяжения резко увеличивается, как показано на рисунке 5. На следующем этапе происходит разрушение связей, образующих «клубок» ДНК, в плоть до полного распрямления сила, пН молекулы [25]. длина ДНК, нм Рисунок 5 – Зависимость силы от растяжения при различных условиях Данный метод позволяет исследовать силы взаимодействия внутри единичной молекулы ДНК на различных этапах. В том числе, при транскрипции молекулой РНК, что позволяет контролировать данный процесс и влиять на него. 18 3.2 Использование негауссовых пучков Для исследования нескольких частиц с окружающей средой или друг с другом, используется оптический пинцет на основе Лагер-Гауссовых пучков. Частиц в кольце первой моды, частицы получали вращательный момент: вокруг своей оси и вокруг оси пучка. Используя данный пучок вместо Гауссова, большое значение имеет круговая поляризация излучения, высокая пространственная когерентность, в то время как монохроматичность не является важным параметром. Используя метод измерения силы по траектории частиц и учитывая броуновское движение среды возможно с точностью до десятых долей пиконьютона определить силу взаимодействия между частицами. Бесселев пучок активно применятся в микробиологических исследованиях, так как обладает рядом преимуществ: упрощает схему, уменьшает габариты, самофокусируется, не дифрагирует, формирует устойчивую картину на расстоянии 0.1 – 150 мм от аксикона (рисунок 6). 19 Рисунок 6 – Схема реализации оптического пинцета для пленения эритроцитов. Используется полупроводниковый лазер 1.064 мкм; оптическое волокно, 160° аксикон; фокусирующая система и камера для наблюдения [22] Центральное пятно имеет размер ~7 мкм, при формировании аксиконом с раствором 160°, 140° – пятно ~3 мкм. Посредством перемещения луча наблюдается траектория движения захваченных частиц, по которой определяются кулоновские силы взаимодействия объекта и поверхности пробного стекла. Эффективное пленение биологических объектов возможно, если их показатель преломления больше, чем у окружающей среды, в обратном случае происходит выталкивание из поля пленения. две Лагер-Гауссовы моды позволяют преодолеть данный барьер, используя пучки с нулевой или близкой к нулю интенсивностью в центре [22]. Данная схема применяется для пленения эритроцитов, по деформации, которых измеряется их жесткость, в зависимости от состава среды, и возраста мембраны (эластичность мембраны уменьшается с увеличением возраста). Рисунок 7 – Вихревая ловушка удерживает сразу несколько объектов для исследования сил взаимодействия между ними и с окружающей средой [22] «Вортекс» - новый метод пленения объектов, использующий круговые пучки с вихревым моментом. Нулевая интенсивность в центре и крутящий момент кольца максимума интенсивности, позволяют пленять объекты любой сложности и 20 показателя преломления (рисунок 7). Применяется для создания поверхностных ловушек для исследования нейронных связей и сил взаимодействия между клетками [26]. 21 Заключение ХХ век богат на открытия, которые как лавинный эффект влекли за собой новые. Человек находит все новые пути познания окружающего нас мира, спускаясь на более низкие уровни, вплоть до атомов. Множество проблем до сих пор остаются нерешенными или описанными только теоретически, в следствии отсутствия подходящих инструментов для проведения физического эксперимента. Но человечство продолжает задавать вопросы и искать пути решения – инструменты. Простой, на первый взгляд, вопрос – что такое свет? Его природу определили на много позже, чем начали активно применять. Однако применения света для манипулирования объектами стало возможным только благодаря изобретению высокоинтенсивных источник – лазеров, которые позволили воплотить в жизни новый вид инструментария – оптический пинцет. Метод оптического пинцета позволяет пленить единичные объекты: молекулы ДНК, бактерии и клетки. Удержание данных частиц в лазерной ловушке не приводит к их разрушению и изменению химического строения, что является важным при изучении объектов в среде обитания с различными показателями, а также для исследования изменения характеристик и сил взаимодействия объектов с окружающей средой и друг другом. Лазерное излучение, используемое для пленения, должно отвечать ряду критериев, определяемых жизнеспособностью исследуемых образцов и оптическими характеристиками объектов: длина волны излучения соответствует максимуму пропускания пленяемого объекта; плотность интенсивности меньше порога, при котором объект теряет жизнеспособность; возможность фокусировки в пятно размером от длины волны до десятков длин волн. Таким образом, лазерный пинцет позволяет манипулировать микробиологическими объектами и управлять межмолекулярными процессами. Значительно упрощена схема работы с микрообъектами, увеличена точность 22 измерений. Основным преимуществом является возможность наблюдение объектов в привычной среде, без влияния на протекание процессов жизнедеятельности. Это является критически важным для изучения живых микроорганизмов, как показала история – самый точный метод изучения живых организмов – это наблюдения за ними в привычной им среде обитания. Так же, данный метод позволяет вносить строго контролируемые изменения, что приводит к более точным результатам исследований. Метод оптического пинцета стал широко применяться по всему миру, так же, как и лазеры. В настоящее время практически не существует университетов мирового уровня, в которых не было бы оптического пинцета; все крупные микробиологические лаборатории мира используют данный метод. Еще в начале ХХ века, это бы показалось абсурдом, а сейчас лазерный пинцет – рядовой прибор в лаборатория по всему миру. 23 Литература 1. Ареопагит Д. О небесной иерархии. – 1997. 2. Dickreiter M. The structure of harmony in Johannes Kepler’s Harmonice Mundi (1619) //Number to Sound. – Springer, Dordrecht, 2000. – С. 173-188. 3. Планк Макс. Сборник к столетию со дня рождения. М.: Наука, 1958. С. 27—28.]. 4. Поляхова Е. Н. К столетию фотогравитационной небесной механики //Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1. Математика. Механика. Астрономия. – 2004. – №. 4. 5. П.Н.Лебедев. Физические причины, обусловливающие отступления от гравитационного закона Ньютона. В: «Избранные сочинения», А.К.Тимирязев, ред. «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», М.-Л., 1949. Стр.181-188. 6. П.Н.Лебедев. Опытное исследование светового давления., стр.151-180. 7. Белоусова Инна Михайловна, Из истории создания лазеров // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. №2 (90) 8. Ashkin A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure //Physical review letters. – 1970. – Т. 24. – №. 4. – С. 156. 9. Герц Г. Р. Исследования о распространении электрической силы. — М.—Л., 1938. 10. Храмов Ю. А. Томсон (Кельвин) Уильям (Thomson William, Baron Kelvin) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 263. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.) 11. Скулачёв Д. П. Они были первыми. «Наука и жизнь» № 6, 2009 12. Чу С. Управление нейтральными частицами //Успехи физических наук. – 1999. – Т. 169. – №. 3. – С. 274-291 13. Yu H. Rotation dynamics of particles trapped in a rotating beam / Yu H., She W. //JOSA A. – 2015. – Т. 32. – №. 1. – С. 90-100. 14. Grier D. G. A revolution in optical manipulation //Nature. – 2003. – Т. 424. – №. 6950. – С. 810-816. 24 15. El-Ali J. Cells on chips / El-Ali J., Sorger P. K., Jensen K. F. //Nature. – 2006. – Т. 442. – №. 7101. – С. 403-411 16. Optical trapping, manipulation, and sorting of cells and colloids in microfluidic systems with diode laser bars / Applegate Jr R. [et al.] //Optics express. – 2004. – Т. 12. – №. 19. – С. 4390-4398. 17. Yu H. Rotation dynamics of particles trapped in a rotating beam / Yu H., She W. //JOSA A. – 2015. – Т. 32. – №. 1. – С. 90-100. 18. Neuman K. C. Optical trapping / Neuman K. C., Block S. M. //Review of scientific instruments. – 2004. – Т. 75. – №. 9. – С. 2787-2809. 19. Ashkin A. Internal cell manipulation using infrared laser traps / Ashkin A., Dziedzic J. M. // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 1989. – Т. 86. – №. 20. – С. 7914-7918. 20. Novotny L. Theory of nanometric optical tweezers / Novotny L., Bian R. X., Xie X. S. // Physical Review Letters. – 1997. – Т. 79. – №. 4. – С. 645. 21. Dao M. Mechanics of the human red blood cell deformed by optical tweezers / Dao M., Lim C. T., Suresh S. //Journal of the Mechanics and Physics of Solids. – 2003. – Т. 51. – №. 11. – С. 2259-2280. 22. Shields IV C. W. Microfluidic cell sorting: a review of the advances in the separation of cells from debulking to rare cell isolation / Shields IV C. W., Reyes C. D., López G. P.//Lab on a Chip. – 2015. – Т. 15. – №. 5. – С. 1230-1249. 23. Padgett M. Tweezers with a twist / Padgett M., Bowman R. //Nature Photonics. – 2011. – Т. 5. – №. 6. – С. 343-348. 24. Dual-Beam Optical Tweezers / Sivaramakrishnan S. [et al.] //Encyclopedia of Biophysics. – Springer Berlin Heidelberg, 2013. – С. 522-526. 25. Trehalose facilitates DNA melting: a single-molecule optical tweezers study / Bezrukavnikov S. [et al.] //Soft matter. – 2014. – Т. 10. – №. 37. – С. 7269-7277. 26. Smith S. B. Optical-trap force transducer that operates by direct measurement of light momentum / Smith S. B., Cui Y., Bustamante C. //Methods in enzymology. – 2003. – Т. 361. – С. 134-162.
