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.
مکانیابی نانومتری 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 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 ۳۸، شماره ۵، سال ۲۰۱۳) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات ۶۸۵ الی ۶۸۷ همین شماره مشاهده نمایند.
