Лазерный мир

А. Ю. Маклыгин, А. В. Приезжевa А. В. Карменян, С. Ю. Никитин, И. С. Оболенский, А. Е. Луговцов, К. Ли // Квантовая электроника, 42:6 (2012), с: 500–504

Создан двухканальный лазерный пинцет и продемонстрирована возможность его использования для измерения сил взаимодействия красных клеток крови (эритроцитов). Экспериментально установлено, что длительное удержание эритроцитов в жестко сфокусированном лазерном пучке не приводит к видимым изменениям их формы или размера. Измерена сила взаимодействия между эритроцитами в агрегате, деформированном с помощью лазерного пинцета.

Значительным достижением лазерной физики последних десятилетий является создание лазерного пинцета
(оптической ловушки) – прибора, позволяющего управлять движением мелких частиц без механического контакта с ними. Действие лазерного пинцета основано на явлении светового давления при условии преобладания градиентной составляющей силы над отталкивающей.
Такие условия возникают, в частности, при фокусировке лазерного пучка. Впервые однолучевой захват на основе оптической градиентной силы был продемонстрирован в конце двадцатого века [1]. Экспериментальные и теоретические аспекты оптического захвата обсуждались в целом ряде работ (см., напр., [2–6]). Было показано, что лазерный пинцет обеспечивает высокую точность позиционирования частиц (~10–10 м) и возможность измерения сверхмалых сил (~10–12 Н). В настоящее время лазерные пинцеты широко применяются в разных областях науки и техники, в том числе в биологии и медицине.
Применение лазерных пинцетов перспективно и в такой области, как реология крови. В исследованиях кровеносной системы человека большое внимание уделяется микрореологическим параметрам крови, таким как деформируемость и агрегационная способность эритроцитов. Установлено, что эти параметры существенно влияют на микроциркуляцию крови, а потому имеют прямое отношение к диагностике и лечению целого ряда заболеваний. К настоящему времени уже исследованы многие аспекты поведения биологических клеток, в частности эритроцитов, в оптической ловушке. В работе [7] с помощью двухканального лазерного пинцета изучены особенности агрегации красных клеток крови. Измерена сила взаимодействия двух эритроцитов как функция расстояния между их центрами. Установлено, что скорости агрегации эритроцитов крови здоровых доноров и пациентов, страдающих различными заболеваниями, существенно отличаются друг от друга. В работах [8-11] сообщается о наблюдении дифракционных картин при рассеянии лазерного пучка на отдельных эритроцитах и других микроскопических частицах, захваченных оптической ловушкой. Лазерная ловушка в сочетании с техникой микропотоков позволяет проводить автоматическую сортировку клеток [12].
С помощью лазерных пинцетов изучают форму поверхности эритроцитов [13], а также особенности взаимодействия клеток в процессе коагуляции [14]. В работе [15] измеряли деформируемость эритроцита с помощью двухлучевой оптической ловушки на встречных лазерных пучках. Такая ловушка не требует жесткой фокусировки излучения, поэтому плотность мощности излучения, воздействующего на захваченную частицу, оказывается более низкой, что существенно при работе с живыми клетками. С помощью лазерных пинцетов измеряли коэффициент упругости мембраны эритроцита [16], а также, методом прямого растяжения клеток, деформируемость эритроцитов [17]. В этих опытах максимальная сила растяжения достигала 400 пН. В работе [18] наблюдалось существенное изменение формы эритроцитов и их вращение под действием светового поля оптической ловушки.
При помощи лазерной ловушки возможно измерение таких параметров, как эластичность и вязкость мембраны эритроцитов [19], а также толщины двойного слоя заряда вокруг клетки в электролитическом растворе [20]. В работе [21] оптическая ловушка применялась для исследования свойств цитоскелета красных клеток. Установлено [22,23], что ориентация эритроцита в оптической ловушке зависит от поляризации лазерного излучения и от ионного состава окружающей клетку среды. В работе [24] оптический захват применяли для изучения механизмов агрегации и дезагрегации красных клеток крови.

Полное содержание статьи: http://www.mathnet.ru/links/f1bfcc1b4c5419c5f6b6d3dc20d3309f/qe14886.pdf