مکان‌یابی نانو متری ذرات در تله نوری ‏

[Almas Parsi]

مکان‌یابی نانو متری ذرات در تله نوری ‏

پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان با بررسی و شناخت پتانسیل محوری انبرک نوری، توانستند ‏امکان استفاده از این ابزار را برای نیروسنجی در آزمایشاتی همانند کششDNA‏ و بررسی خواص مکانیکی سلول‌های ‏زیستی فراهم کنند.

به گزارش گروه علمي باشگاه خبرنگاران به نقل از ستاد ويژه توسعه فناوري نانو؛ پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان با بررسی و شناخت پتانسیل محوری انبرک نوری، توانستند ‏امکان استفاده از این ابزار را برای نیروسنجی در آزمایشاتی همانند کشش DNA‏ و بررسی خواص مکانیکی سلول‌های ‏زیستی فراهم کنند. نتایج این آزمایشات از حداقل خطا برخوردار بوده و نسبت به سنجش روش‌های دیگر بسیار دقیق‌ترو ‏راحت‌تراست.‏

استفاده از انبرک نوری برای نیروسنجی اجسامی در ابعاد نانومتری، برای محققان در زمینه‌های مختلف از جمله علوم ‏زیستی، می‌تواند جذاب باشد. به کار بردن انبرک نوری در این زمینه مستلزم شناخت درست و جامع از پتانسیل آن است. ‏محققان دانشگاه تحصیلات تکمیلی در علوم پایه زنجان در این کار تحقیقاتی، به شناخت و به عبارت دیگر به نگاشت ‏پتانسیل انبرک نوری پرداختند. نتیجه این کار زمینه را برای استفاده از نیروی کششی انبرک نوری در راستای محور و اندازه‏‌گیری همزمان نیرو فراهم می‌کند.‏

هدف اصلی این پروژه، بررسی و شناخت پتانسیل محور انبرک نوری و فراهم کردن امکان استفاده از آن در آزمایش‏‌های نیروسنجی همانند کشش ‏DNA‏ و بررسی خواص مکانیکی سلول‌های زیستی بوده است. آرش احمدی کارشناس ‏ارشد فیزیک از دانشگاه تحصیلات تکمیلی در علوم پایه زنجان، در این باره گفت: «مکان‌یابی نانومتری ذرات در تله نوری ‏اساس کار ما در آزمایش‌ها بود.

برای این منظور، ابتدا تصویر خروجی از میکروسکوپ را با استفاده از چینش خاصی از ‏عدسی‌ها و دوربین به اندازه مورد نیاز بزرگ‌نمایی کردیم. تصویر ایجاد شده بر روی دوربین از طریق یک برنامه پردازش ‏تصویر که در محیط ‏LabVIEW‏ نوشته شده تحلیل می‌شد و نتایج آن بر روی بر روی سیستم ثبت می‌شد. خروجی ‏برنامه مکان ذره بر حسب پیکسل بود که با توجه به نتایج مراحل درجه‌بندی پیکسل در نهایت مکان ذره در هر لحظه بر ‏حسب نانومتر به دست می‌آمد.»‏

احمدی که این تحقیقات را به همراهی دکتر سید نادر سید ریحانی انجام داده است، در مورد مراحل کار نیز این گونه ‏توضیح داد: «در ابتدا مسأله استفاده از پتانسیل محوری مطرح شد و مشکلاتی که در این مورد وجود داشت، مورد بررسی ‏قرار گرفت. مشکل اساسی عدم شناخت مناسب از پتانسیل محوری انبرک نوری و تغییرات سختی تله برای جابه‌جایی‌های ‏مختلف ذره در تله نوری بود. یک سری اطلاعات تئوری اولیه در مورد امکان وجود این نوع مشکلات داشتیم و برای ‏مشاهده تجربی آنها آزمایش‌هایی را طراحی کردیم.»‏

وی ادامه داد: «بعد از چند مرحله شکست در انجام آزمایش، بالاخره روش مناسب انجام آن حاصل شد و آزمایش به ‏صورت بهینه و مناسب انجام شد. در این مرحله وجود آن مشکل که در واقع تغییر در سختی تله بود برای یک ذره خاص ‏با اندازه خاص مشاهده شد. بررسی‌های دقیق‌تر تئوری با تقریب خیلی خوبی نتایج آزمایش را تایید کردند. ما به همین مورد ‏خاص اکتفا نکردیم و تمام مراحل آزمایش و محاسبات تئوری را برای سه ذره دیگر با اندازه‌های متفاوت انجام دادیم.

نتیجه بسیار جالب بود؛ تئوری موجود به خوبی نتایج آزمایش را تایید می‌کرد و این موضوع ما را مجاب کرد که در ادامه کار ‏برای توزیع گسترده‌تری از اندازه ذرات (اندازه ذرات پرکاربرد در انبرک نوری) محاسبات را تکرار کنیم. نتیجه در نهایت یک ‏الگوی کلی است که از آن می‌توان برای انتخاب درست و مناسب ذره در آزمایش‌های نیروسنجی به‌وسیله‌ی انبرک نوری ‏استفاده کرد.»‏

این محققان در بررسی‌های خود، به جای استفاده ازفوتودیود چهارتایی (وسیله معمول برای اندازه‌گیری مکان ذره در تله ‏نوری) برای مکانیابی نانومتری ذره از ابزارهای بزرگنمایی تصویر و تصویربرداری با سرعت بالا استفاده کردند.‏

به گفته احمدی، از کاربردهای این ابزار می‌توان به نیروسنجی در آزمایش‌هایی با محیط سیال و در ابعاد میکرو-‏نانومتری و بررسی و شناخت خواص مکانیکی سلول‌های زیستی اشاره کرد. آزمایش‌های نیروسنجی همانند کشش ‏DNA، ‏RNA‏ و سایر پلیمرهای زیستی در راستای محور بسیار راحتتر از راستای عمود بر محور است.

در این حالت ‏نیازی به استفاده از میکروپیپت و مشکلات مربوط به آن و یا استفاده از تله دوباریکه‌ای وجود ندارد و می‌توان پلیمر را از ‏یک طرف به محفظه نمونه چسباند و از طرف دیگر در راستای محور کشید. این چینش بسیار راحت‌تر و بهینه‌تر است و ‏حتی در بعضی موارد تنها راه انجام آزمایش است. ‏

نتایج این کار تحقیقاتی در مجله ‏Optics Letters‏ (جلد 38، شماره 5، سال 2013) منتشر شده است. علاقمندان ‏می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات 685 الی 687 همین شماره مشاهده نمایند.‏