В Самарском филиале Физического института Академии наук ученые-лазерщики проводят работу над исследованием воздействия лазера на микрочастицы. Они манипулируют с микрочастицами при помощи Бесселевых пучков 3-го порядка (чем выше порядок, тем больше закрутка пойманных частиц). В другом научном учреждении Самары — Институте систем обработки изображений (ИСОИ) РАН — группа под руководством доктора технических наук, члена-корреспондента РАН Виктора Сойфера использовала пучки Бесселя 5-го порядка. Лазерный луч в этих экспериментах закручивался в спираль при помощи специально сконструированных линз — дифракционно-оптических элементов (ДОЭ).

Используя всего один оптический элемент, сотрудники ИСОИ успешно захватывали, перемещали и вращали биологические микрообъекты (частицы дрожжей) диаметром 5-10 микрометров (миллионные доли метра) и полистирольные бусинки диаметром 5 мкм.

Частица, захваченная в кольцевую область, вращалась вокруг оси пучка с периодом 8 секунд. Причем в отдельных экспериментах было достигнуто комбинированное движение — одновременно поступательное и вращательное. Такое пока мало кому удается в мире.

«Возможно, при помощи этих технологий будут работать приводы в миниатюрных двигателях и механизмах будущего, — считает старший научный сотрудник лаборатории лазерных измерений ИСОИ Роман Скиданов, — но нам еще предстоит найти способы уменьшить мощность излучения и улучшить стабилизацию частиц».

Все эти разработки самарские ученые ведут для решения проблемы — как научиться собирать мини-роботов и как заставить их двигаться. Насущная задача современной микро- и нанотехнологии — научиться аккуратно и «нежно» захватывать микрообъекты и перемещать их в нужном направлении. Тут приходится иметь дело с частицами микронных размеров или, например, хромосомами живой клетки, к которым нельзя прикасаться, чтобы не разрушить. Поэтому применяют «оптическую манипуляцию» — для захвата микрочастиц (например, клеток животных и растений, молекул ДНК, хромосом и т.п.) используются лазерные пучки различных конфигураций, так называемый лазерный пинцет.

Микрочастицы движутся в то место, где световой луч «сильнее». Когда лазерный пучок неоднороден, частица втягивается в область наибольшей интенсивности излучения — как шарик скатывается в низину. Перемещая фокус луча, возможно передвигать «пойманные» микрообъекты, заставить их совершать сложные движения.

Можно даже выстраивать из них самые разнообразные конструкции. Под светом лазерного пучка частицы «играют», словно куклы на ниточках. В последнее время были созданы еще более замечательные оптические инструменты. Применяя специально подобранные линзы (аксионы), экспериментаторы формируют лучи с заданными свойствами — так называемые Бесселевы пучки. Силы в них действуют вдоль луча (с определенной продольной периодичностью) или с вращением вокруг оси распространения. Захватывая микрочастицы, эти пучки способны передвигать их по линии или вращать.

www.saint-petersburg.ru