|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Разработка инженерных основ комплекса двухлучевого лазерного пинцета для физико-химических и медико-биологических примененийНИР
- Руководитель НИР: Соболева И.В.
- Участники НИР: Бессонов В.О., Вабищевич П.П., Любин Е.В., Ромодина (Скрябина) М.Н., Хохлова М.Д., Четвертухин А.В., Шилкин Д.А., Шорохов А.С.
- Подразделение: Физический факультет
- Срок исполнения: 1 января 2014 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14-08-00884 А
- Номер ЦИТИС: 01201453406
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Индустрия наносистем и материалов
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 59.14.23 Проектирование и конструирование оптических и оптико-механических измерительных приборов
-
Ключевые слова:
микрофлюидика, нанофлюидика, лазерный пинцет
-
Описание:
Проект направлен на приборную реализацию нового экспериментального подхода нанооптики, основанного на использовании оптического пинцета с двумя независимыми лазерными ловушками, совмещенного с корреляционным анализом броуновского движения оптически захваченных микро- и наночастиц, для исследования широкого круга физических, химических и медико-биологических явлений, обусловленных слабыми силовыми взаимодействиями микрообъектов. Конечной целью проекта является создание макета прибора двухлучевого лазерного пинцета, функциональные характеристики, удобство работы и простота конструкции которого обеспечивали бы перспективы его внедрения в научные, образовательные и диагностические лаборатории. В ходе выполнения проекта будут решены следующие задачи: - разработка конструкции и сборка макета двухлучевого лазерного пинцета, оборудованного системами независимого управления обоими захватывающими лучами и системой детектирования малых смещений захваченных микрообъектов, определение оптимальных параметров работы установки оптического пинцета для характеризации различных микрообъектов, демонстрация функциональных возможностей созданного прибора лазерного пинцета; - отработка методики малых смещений положения оптической ловушки для создания колебательного периодического воздействия на захваченный вязко-упругий микрообъект с помощью акусто-оптического дефлектора; реализация схемы детектирования малых смещений противоположных захваченных краев биологических клеточных структур (эритроцитов) с помощью детектирования лучей дополнительных лазеров видимого диапазона излучения; - разработка пакетов программ для автоматизации экспериментов по измерению упругих свойств биологических клеточных структур и анализа полученных результатов; проведение экспериментов по динамическому измерению эффективных параметров, характеризующих вязко-упругие свойства биологических клеточных структур; - развитие методик фотонно-силовой микроскопии в оптическом пинцете для экспериментального исследования поверхностных состояний в диэлектрических микроструктурах с искусственной фотонной запрещенной зоной; - исследование явлений передачи одиночным коллоидным микрочастицам, оптически захваченным в субволновой окрестности поверхности, импульса поверхностных электромагнитных состояний, возбуждаемых на поверхности фотонных кристаллов, в том числе поверхностных электромагнитных волн, оптических таммовских состояний и гибридных таммовских плазмон-поляритонов; - исследование усиления эффектов Гуса-Хенхен вблизи края фотонной запрещенной зоны в условиях возбуждения поверхностной и волноводной мод одномерных фотонных кристаллов в сочетании с силовой характеризацией поверхностной и волноводной мод методом фотонно-силовой микроскопии в оптическом пинцете; - проведение тестовых экспериментов по использованию оптического пинцета для решения задач микро- и нанофлюидики в части изучения размерных эффектов в поведении вязко-упругих характеристик жидкости вблизи наноструктурированных поверхностей, обладающих супергидрофобными свойствами; - проведение экспериментов по определению предела точности предлагаемой методики мониторинга изменений упругих свойств мембран с помощью проточных ячеек.
-
Основные результаты:
проект не закончен
- Добавил в систему: Любин Евгений Валерьевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Разработка инженерных основ комплекса двухлучевого лазерного пинцета для физико-химических и медико-биологических применений |
| Результаты этапа: 1. Реализована схема фотонно-силовой микроскопии на основе оптического лазерного пинцета, совмещенного с установкой для угловой спектроскопии коэффициента отражения на основе гониометра с возможностью работы в схеме Кречманна. Формирование оптической ловушки осуществляется с помощью полупроводникового лазера с распределенным брэгговским отражателем с длиной волны 975 нм. Для формирования перетяжки используется водно-иммерсионный план суперапохроматический объектив с числовой апертурой 1.2 и регулируемой коррекцией на толщину покровного стекла в диапазоне от 0.13 до 0.21 мм. 2. Разработана оригинальная методика корреляционного анализа смещений захваченных частиц для определения силовых характеристик взаимодействия частицы-зонда с ближним полем на основе сравнительных измерений, проводимых в присутствии и в отсутствие ближнепольной компоненты электромагнитной волны, возникающей, например, в случае полного внутреннего отражения света, падающего на границу раздела стекло-вода. Разработан новый способ независимого контроля расстояния между зондом и поверхностью образца, что позволяет существенно повысить точность определения сил, действующих на микрочастицу-зонд со стороны оптического ближнего поля, вплоть до единиц фемтоньютон. Получены экспериментальные гистограммы распределения положений частицы в присутствии и в отсутствие ближнего поля, проникающего в среду в результате эффекта полного внутреннего отражения, а также потенциалы оптических ловушек в обоих случаях. В присутствии ближнего поля положение минимума потенциала оптической ловушки смещается, что позволяет рассчитать силу взаимодействия микрочастицы-зонда в оптической ловушке и ближнепольной компоненты электромагнитной волны. 3. Численными методами проведена оптимизация параметров образцов одномерных фотонных кристаллов для наиболее эффективного возбуждения поверхностных состояний в водной среде, необходимой для работы с фотонно-силовым микроскопом. Максимальный достигнутый коэффициент локализации и усиления поля на границе раздела фотонный кристалл-вода в присутствии поверхностной волны составил 21.2 относительно напряженности поля в падающей объемной волне. Изготовлены на основе численных результатов серии экспериментальных образцов для эффективной генерации поверхностных электромагнитных волн. Характеризация структуры полученных образцов и резонансов поверхностных состояний в полученных образцах проведена методом частотно-угловой спектроскопии отражения и пропускания. 4. Собран макет двухлучевого лазерного пинцета, оборудованного системами независимого управления обоими захватывающими лучами и системой детектирования малых смещений захваченных микрообъектов. Для формирования двух оптических ловушек использовались два лазера с длиной волны равной 980 нм. Излучение используемых лазеров фокусировалось с помощью объектива с числовой апертурой равной NA=1,3. 5. Реализована методика малых смещений положения оптической ловушки для создания колебательного периодического воздействия на захваченный вязко-упругий микрообъект с помощью акусто-оптического дефлектора на основе оксида теллура Isomet LS55-NIR, который был установлен после коллиматора излучения одного из лазеров для формирования оптической ловушки. Центральная частота акустической волны, возбуждаемой в рабочем кристалле дефлектора, составляет 80 МГц, что соответствует брегговскому углу около 63 мрад для излучения с длиной волны используемого лазера 975 нм. Реализована схема детектирования малых смещений противоположных захваченных краев биологических клеточных структур с помощью детектирования лучей дополнительных лазеров видимого диапазона излучения. | ||
| 2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Разработка инженерных основ комплекса двухлучевого лазерного пинцета для физико-химических и медико-биологических применений |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка инженерных основ комплекса двухлучевого лазерного пинцета для физико-химических и медико-биологических применений |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".