物理科技生物学-PHYICA

吹风机和气球是如何激发下一级力测量的

物理学 2022-10-03 23:59:06

中国科学院 (a)实验装置:快速激光扫描在探测粒子的公共轴上诱导反向流动,产生停滞点,粒子在此处被捕获

(b)探测由光流阱和大小可变的外部磁力的联合应用导致的俘获粒子的位移

量化(b)中概述的实验

力和位移之间的线性关系,显示出小至35±4fn/微米的弹簧常数

功劳:伊利娅·季米特洛夫·斯托耶夫和莫里茨·克雷辛 数百万人用吹风机把气球保持在高空,或者用热风炮把球保持在空中

但是如果你缩小范围呢?科学家还能用高度敏感的力从远处握住微小的东西吗?马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(MPI-CBG)的一个研究小组最近发现,他们可以通过用光操纵流体流动来保持微观物体

在今天发表在《电子快报》上的一篇新论文中,由博士领导的一组科学家

德国德累斯顿CBG MPI的莫里茨·克雷辛开发了一种全新的捕获微米级粒子的方法

这篇题为“光学产生的谐波流体动力阱中的高灵敏度力测量”的论文集中于测量和检测力

他们的研究检测到了比蝴蝶翅膀小十亿倍的力

博士;医生

莫里茨·克雷辛说,“我们以前曾使用光诱导流动来移动生物细胞内部,并以纳米尺度的精度定位粒子

在这样做的同时,一个简单的任务一直是降低这些流量的速度

很快就很明显,暴露在这些光学产生的非常平缓的气流中的粒子会受到任意小的力

当我们继续研究这个想法时,我们发现作用在粒子上的力确实非常小

它们将适用于精确抵消作用在该粒子上的其他力

" 研究人员的精确实现使用一个反馈回路来持续校正粒子从设定点的位移,作者称之为“驻点”

最重要的是,它们被捕获的粒子的位置可以告知这个粒子在任何给定时间经历的微小力

它与光镊形成对比

对构成粒子的材料没有限制

粒子在任何时候都不会直接暴露在激光下,激光的运动会产生流动

所报道的方法和技术将可能为非侵入性和无接触探索生命系统中发生的活动过程之间的相互依赖性开辟新的途径

功劳:伊利娅·季米特洛夫·斯托耶夫和莫里茨·克雷辛 独特的方法集中在使用两个方向相反的热诱导流

每个流和捕获的物体之间有一个小间隙

虽然这看起来不稳定,但由克雷辛实验室编写的一些聪明的软件允许对流动进行令人难以置信的快速重新定向

这些毫秒级的变化说明了粒子相对于陷阱的位移方向,从而防止粒子逃逸

重要的是要注意,作者发现这种类型的诱捕是极其温和和敏感的

他们可以探测到非常接近热极限的飞秒范围(10-15 N)的力

通过对磁珠施加微小的力,这一点得到了明确的证明

他们还补充道,“我们的力测量消除了激光粒子接触的需要

" 作者表示,他们预计“这种新方法与解决高度集中辐射对生命系统的非生理影响的日益关注高度相关

“他们认为,他们的方法为生命科学及其他领域的力测量开辟了全新的机会

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