optical tweezing

optical tweezing

Tecnica di misurazione basata sull’impiego di un raggio laser focalizzato per generare una forza attrattiva o repulsiva in grado di muovere o bloccare oggetti dielettrici microscopici e submicroscopici come atomi, molecole e piccole sfere dielettriche. Gli optical tweezers (pinze ottiche), in analogia con le pinze meccaniche (mechanical tweezers), riescono a intrappolare microparticelle impiegando un raggio laser che, se fortemente focalizzato, può raggiungere un’estensione spaziale dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d’onda della luce (0,5÷1 μm). Se viene fornita potenza sufficiente (dell’ordine di 1 W), si possono generare in tali condizioni campi elettrici molto elevati, che inducono momenti di dipolo in particelle elettricamente neutre che cadono nel fuoco del laser, a loro volta facilmente intrappolati dallo stesso campo elettrico. La tecnica del tweezing è basata proprio sulle forze dipolari o di gradiente esercitate da un raggio di luce incidente su un qualunque oggetto dielettrico. Una particella investita dal fascio laser è spinta verso il centro se il suo indice di rifrazione è maggiore di quello del mezzo circostante. I raggi ottici incidenti vengono deflessi dalla particella e la risultante forza di gradiente tende a spingerla verso il centro del fascio, laddove l’intensità di luce è maggiore. Focalizzando opportunamente il raggio laser, la forza può attirare la particella all’indietro; equilibrando tale forza con quella di propagazione del fascio si può realizzare l’intrappolamento della particella. In tali condizioni, gli oggetti che devono essere analizzati devono presentare un basso valore di assorbimento, così da evitare sovrariscaldamento e possibili danneggiamenti. Gli optical tweezer stanno riscuotendo un grande successo per la capacità di trattare una grande varietà di oggetti biologici con dimensioni che vanno da qualche nanometro a qualche micrometro. Gli optical tweezer sono infatti oggi impiegati, particolarmente in biologia cellulare e molecolare, spesso in combinazione con altre tecniche (come la laser optoporation). Già dagli anni Settanta del secolo scorso si cercava di impiegare luce laser per catturare particelle (fu Arthur Ashkin a creare le prime cosiddette trappole ottiche ai Bell Labs). Ma fu solo grazie a Steven Chu, negli anni Ottanta, che fu possibile realizzare il primo optical tweezer in grado di raffreddare e intrappolare atomi.

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