Manipulowanie mniejszymi czy większymi obiektami za pomocą energii to aktywne pole badań. Naukowcy już teraz pracują nad rozwiązaniami, które pozwolą za pomocą wiązki laserowej chociażby ściągać śmieci kosmiczne z orbity okołoziemskiej. Potencjalnych zastosowań takiej technologii jest znacznie więcej i w bardzo różnej skali. Z jednej strony mamy bowiem manipulowanie obiektami przemieszczającymi się nad naszymi głowami na wysokości kilkuset kilometrów, a z drugiej strony naukowcy badają możliwość manipulowania pojedynczymi komórkami czy nawet atomami wewnątrz organizmu człowieka. W tym drugim przypadku zwykle stosuje się tzw. pęsety optyczne.
Urządzenia tego typu wykorzystują skupione, skolimowane wiązki światła do niezwykle precyzyjnego manewrowania w skali mikroskopijnej. Choć pęsetą chwyta się naprawdę małe obiekty, to w rzeczywistości sprzęt wykorzystywany do tego jest pokaźnych rozmiarów, a tym samym jest niezwykle nieporęczny, drogi i ograniczony do wykorzystania w laboratoriach.
Czytaj także: Wygięli wiązkę lasera w wyjątkowy sposób. Aż trudno uwierzyć, że to zadziałało
Naukowcy z MIT opracowali teraz coś naprawdę przełomowego: kompaktowe urządzenie z wiązką przyciągającą (ang. tractor beam), które dosłownie mieści się w dłoni. Dzięki kompaktowym rozmiarom urządzenie zwiększy znacząco zakres zastosowań i obiektów, które będzie można poddać badaniom. Nowe urządzenie zostało właśnie szczegółowo opisane w periodyku naukowym Nature Communications.
Urządzenie oparte na chipach, choć mają niewielkie rozmiary, zwykle mają jedną wadę: pozwalają one manipulować atomami znajdującymi się w bezpośrednim sąsiedztwie takiego chipu. To nie tylkoznacząco utrudnia praktyczne zastosowanie, ale także grozi uszkodzeniem samego chipu czy badanych za jego pomocą materiałów biologicznych.
Naukowcy postanowili zastosować w swoim najnowszym aparacie optyczną matrycę fazową, która wykorzystuje mikroanty do precyzyjnego kierowania wiązkami światła. Efekt? Teraz możliwe jest manipulowanie obiektami w odległościach 100 razy większych niż dotychczas. Choć wciąż są to niewielkie odległości, to jednak jest to skok o dwa rzędy wielkości, który może zrewolucjonizować badanie materiałów biologicznych.
Czytaj także: Wystrzelono właśnie wiązkę laserową w kierunku Ziemi z odległości 16 milionów kilometrów. Już ją otrzymaliśmy
Optyczne pęsety działają poprzez wychwytywanie i przesuwanie maleńkich cząsteczek w skupionych wiązkach światła. Naukowcy mogą kierować tymi wiązkami z dużą dokładnością, co pozwala na precyzyjną kontrolę nad mikroskopijnymi obiektami. W badaniach materiałów biologicznych możliwość manipulowania sterylnymi próbkami jest kluczowa, ponieważ są one często chronione szkiełkiem nakrywkowym o grubości około 150 mikronów. Rozszerzenie zakresu kontroli poza milimetr — osiągnięte dzięki innowacji MIT — zmienia zasady gry, oferując znaczny wzrost możliwości przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka uszkodzeń badanego materiału.
Najważniejszym komponentem opisanego w artykule urządzenia jest zintegrowana optyczna matryca fazowa. Każda maleńka antena w matrycy może niezależnie sterować wiązką światła emitowaną przez chip. Zespół opracował nowy wzór fazowy dla anten, dzięki czemu urządzenie może wykonywać pułapkowanie optyczne i pęsety w niespotykanych dotąd odległościach od powierzchni chipa. Ten postęp nie tylko poprawia funkcjonalność pęset optycznych, ale także poszerza zakres ich zastosowań w badaniach i nie tylko.