Optical Tweezers

Lo studio dei fenomeni luminosi risale all’antichità e da sempre è stato uno dei principali motori nella ricerca scientifica. In particolare, la creazione e lo sviluppo delle sorgenti laser ha permesso non solo di studiare il mondo a scala microscopica, ma anche di manipolarlo a proprio piacere.
Nel 1970 Arthur Ashkin dimostrò per la prima volta che la pressione di radiazione di una sorgente laser nel visibile poteva essere usata per muovere particelle di dimensioni micrometriche in un fluido, aprendo così la strada per la futura creazione delle pinzette ottiche. Le pinzette ottiche sfruttano il momento della quantità di moto trasportato da un fascio luminoso per creare una buca di potenziale dove oggetti microscopici possano essere intrappolati. Questa tecnica richiede un appropriato equilibrio tra due tipi di forze: da un lato la forza di scattering, che spinge gli oggetti nella direzione di propagazione del fascio di luce, e dall’altra la forza di gradiente, che muove gli oggetti lungo la direzione del gradiente di intensità luminosa. Quando le forze di gradiente sono più intense di quelle di scattering, un oggetto viene attratto verso le zone nella quali si ha massimo di intensità luminosa di un fascio laser focalizzato, dove esso risulta quindi intrappolato tridimensionalmente.
Le pinzette ottiche in dotazione nel laboratorio del gruppo di ricerca LaFSI usano due fasci laser contro-propaganti con lunghezza d’onda nel vicino infrarosso, i quali sono focalizzati grazie a due obiettivi da microscopio con grande apertura numerica. In tal modo le forze di scattering sono minimizzate e una sfera micrometrica può essere stabilmente intrappolata nel fuoco dei due fasci laser: in questa posizione la trappola ottica si comporta come una molla di Hook e forze definite possono essere applicate alla sfera spostando quest’ultima dal centro della trappola. Con tale strumento è possibile esercitare muovere gli oggetti intrappolati con una risoluzione spaziale di 0.5 nm, applicando su di essi forze comprese tra 0.5 e 100pN.