Ученые разработали принципиально новый тип безлинзовых оптических ловушек для «лаборатории на чипе»

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Национального университета Ян Мин Чао Тунга, Тайвань, предложили концепцию новой оптической ловушки так называемого бутылочного типа.

Ученые показали, что вместо линзы могут быть применены два диэлектрических микробруска. В отличие от аналогов, такую ловушку в перспективе можно будет применять в «лаборатории на чипе» — миниатюрном приборе, позволяющем проводить различные, в том числе биохимические, исследования на чипе (кристалле) в несколько квадратных миллиметров. Это значительно расширит возможности миниатюрных лабораторий. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters (IF: 3,866; Q1).

Оптическую ловушку также называют оптической капсулой. Это устройство, которое с помощью лазерного пучка улавливает объекты микронного размера, не нарушая их внутреннюю структуру. Это могут быть, например, живые клетки, белки, молекулы. Принцип работы известных оптических капсул обычно основан на использовании сложно структурированных пучков.

Авторы исследования предложили безлинзовый метод формирования оптической микрокапсулы. Замкнутая область локализации поля в данном случае создается при помощи двух диэлетрических брусков, размеры которых сравнимы с длиной световой волны. Если подсветить их с «торцевой стороны» светом с плоским фронтом, „на выходе“ формируется область локализации светового поля. При правильном выборе параметров брусков образуется замкнутая область, своеобразный эллипс: по краям интенсивность электрического поля большая, внутри — нулевая. За этот барьер наночастицы „выскочить“ не могут. Получается оптическая капсула.

Моделирование процесса и расчеты проводились на основе решения уравнений Максвелла. В качестве образца для расчетов были взяты наночастицы золота. Золото – классическое вещество для решения подобных задач, и для выбранной длины волны наночастицы золота являются поглощающими частицами.

Разработанная нами концепция позволяет получить оптическую ловушку вытянутой формы. Это существенный плюс: такая капсула может улавливать наночастицы не только сферической формы, но и продолговатой.

В частности, вирусы. Это значительно расширяет спектр ее применения»,

— говорит руководитель проекта, профессор Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Олег Минин.

На следующем этапе исследования — экспериментальном — ученые проверят концепцию на практике. Безлинзовые оптические ловушки могут применяться в медицине, биологии, а также при синтезе новых материалов.

07.02.2022