Originalmente llamadas «trampa de fuerza de gradiente de haz único», las pinzas ópticas son instrumentos científicos que utilizan un rayo láser altamente enfocado para proporcionar una fuerza atractiva o repulsiva, dependiendo de la discordancia del índice de refracción para sostener físicamente y moverse objetos dieléctricos microscópicos similares a las pinzas. Las pinzas ópticas han tenido un éxito particular en el estudio de una variedad de sistemas biológicos en los últimos años.
La detección de dispersión óptica y fuerzas de gradiente en partículas de tamaño micra se notificó por primera vez en 1970 en Bell Labs. Años más tarde, la primera observación se notificó en lo que ahora se conoce comúnmente como una pinza óptica: un haz de luz estrechamente enfocado capaz de mantener partículas microscópicas estables en tres dimensiones.
Las pinzas ópticas han demostrado ser útiles en muchas áreas de la biología. Por ejemplo, en 2003, las técnicas de pinzas ópticas se aplicaron al campo de la clasificación celular; mediante la creación de un patrón de intensidad óptica grande sobre el área de la muestra, las células se pueden ordenar por sus características ópticas intrínsecas. También se pueden utilizar para sondear el citoesqueleto, medir las propiedades viscoelásticas de los biopolímeros y estudiar la motilidad celular.
Son capaces de manipular partículas del tamaño de un micrómetro, células vivas u organismos subcelulares ejerciendo fuerzas piconewton a través de un rayo láser altamente enfocado. El haz se enfoca enviándolo a través de un objetivo de microscopio. El punto más estrecho del haz enfocado, conocido como cintura del haz, contiene un gradiente de luz muy fuerte. Las partículas dieléctricas se atraen a lo largo del gradiente a la región de luz más brillante, el centro del haz. Usando un láser infrarrojo, se crea una trampa óptica invisible. La luz láser también tiende a aplicar una fuerza a las partículas en el haz a lo largo de la dirección de propagación del haz. Esto se debe a la conservación del impulso: los fotones que son absorbidos o dispersos por la diminuta partícula dieléctrica imparten impulso a la partícula dieléctrica. Esto se conoce como la fuerza de dispersión y resulta en la partícula siendo desplazada ligeramente hacia abajo de la posición exacta de la cintura del haz.
El reventado óptico es altamente sensible y capaz de detectar el movimiento de partículas dieléctricas en la escala de subnanómetros. Es posible estudiar moléculas individuales adjuntándolas a las perlas y manipulando el cordón en la trampa láser. Este método se utiliza ampliamente para estudiar las propiedades físicas del ADN y en el estudio de los motores moleculares. Tanto el movimiento como las pequeñas fuerzas ejercidas dentro de un sistema se pueden medir.
La configuración de pinza sordote óptica más básica probablemente incluirá los siguientes componentes: un láser (generalmente Nd:YAG), un expansor de haz, algunas ópticas utilizadas para dirigir la ubicación del haz en el plano de muestra, un objetivo de microscopio y un condensador para crear la trampa en el plano de muestra, un detector de posición (por ejemplo, fotodiodo cuadrante) para medir los desplazamientos del haz y una fuente de iluminación del microscopio acoplada a una cámara CCD.
Universe Optics está a la vanguardia de las lentes de precisión que se utilizarán en sistemas de pinzas ópticas. Con toda la configuración que se construye de varios sistemas ópticos, puede contar con precisión y fiabilidad en todos nuestros diseños. Diseñamos y fabricamos cada lente según especificaciones diminuales, garantizando imágenes claras y concisas necesarias para el diagnóstico, la investigación y el desarrollo dentro del campo de la medicina y otras formas de estudios biológicos.
Los avances técnicos en pinzas ópticas, promovidos en las últimas dos décadas, han llevado la técnica a un estado en el que se han convertido en una herramienta de laboratorio en lugar de una para la investigación y el desarrollo. Las mediciones fiables, precisas y estables ahora se realizan de forma rutinaria aumentando el número de personas en diversas disciplinas de las ciencias de la vida en todo el mundo.