تله اندازی نوری نانوذرات فلزی
چکیده
انبرک نوری در اصل یک باریکه ی لیزر با توزیع شدت گاوسی است که توسط یک عدسی با گشودگی عددی بالا کانونی شده است. به وسیله ی انبرک نوری می توان به ذرات میکرونی با ضریب شکست بزرگتر از محیط اطراف، نیروی پیکونیوتنی وارد کرد. این نیرو با انتقال تکانه ی نور به جسم ایجاد می شود. در طول دو دهه ی گذشته انبرک نوری به ابزار بسیار مهمی در پژوهش در زمینه های مختلف علوم شده است. در مطالعات زیست شناختی با توجه به پیشرفت های وسیع در این زمینه، استفاده از تکنیک انبرک نوری برای بررسی نیروهای ساختاری درون ماکرومولکول های زیستی بسیار مورد توجه قرارگرفته است. در این مطالعات، میکروکره های دی الکتریک به عنوان دستگیره ای برای پلیمرهای زیستی استفاده می شوند و با کمک میکروکره ها به پلیمرهای مذکور نیرو وارد می شود. با این وجود ذرات دی الکتریک در اندازه های کوچکتر به دلیل قطبش پذیری کم به راحتی به تله نمی افتند. در مطالعات اخیر، نشان داده شده است که بهره ی تله برای ذرات فلزی در حد ریلی، چندین برابر بیشتر از ذرات دی الکتریک است. این مسئله امید فراوانی برای استفاده از نانوذرات فلزی در بررسی دقیق ترِ سلول های زیستی به وجود آورده است. از موارد کاربرد آن این است که نانوذرات فلزی را می توان به داخل سلول های زیستی فرستاد و با تله انداختن این ذرات در داخل سلول زنده، میکرودستکار ی های مختلف مانند اِعمال نیرو به اجزای داخلی سلول و یا ایجاد گرمای موضعی در داخل سلول انجام داد. در این پایان نامه قدرت تله را برای نانوذرات کروی طلا بررسی می کنیم. علت استفاده از نانوذرات طلا، ویژگی های نوری و کاربردهای منحصربه فرد آن است. نانوذرات طلا در قطرهای مختلف بین ?/? تا ??? نانومتر در چیدمان انبرک نوری به تله افتادند و وابستگی قدرت تله به اندازه ی ذره را بررسی کردیم. در این بررسی با بهینه سازی انبرک نوری از طریق کمینه کردن ابیراهی کروی و بهینه کردن توان لیزر، توانستیم کوچکترین حجمی را که تاکنون در یک تله ی نوری به صورت پایدار تله اندازی شده است، گزارش کنیم. این اندازه نصف رکورد قبلی است. همچنین اندازه گیری بیشینه نیروی تله بر نانوذرات فلزی، افزایش ? برابر بازدهی تله را نسبت به کارهای قبلی نشان می دهد. با توجه به افزایش دمای نانوذرات فلزی در تله ی نوری استفاده از توان کمتر برای تله، نقش مهمی در افزایش کارایی نانوذرات دارد. نانوذرات فلزی در تله ی نوری با توجه به وجود الکترون های آزاد بر روی سطح آنها، گرمای زیادی تولید می کنند. امروزه اندازه گیری دمای سطح نانوذراتِ فلزی در استفاده از آنها با لیزر، یک چالش بزرگ به حساب می آید. در ادامه ی این پروژه دمای نانوذره در کانون لیزر را با استفاده از ذوب شدن میکروسکوپی پارافین جامد تخمین زدیم. با افزایش توان لیزر برروی نانوذره، شعاع منطقه ذوب شده در اطراف نانوذره به صورت میکروسکوپی افزایش می یابد. از مزیت های عمده ی این روش می توان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد. کار بعدی که در این پایان نامه شرح می دهیم، در زمینه ی آشکارسازی مکان ذره در تله ی نوری است. رایج ترین روش برای اندازه گیری جابه جایی ذرات تله شده در انبرک نوری، استفاده از طرح تداخلی نور مستقیم و پراکنده از جسم در صفحه ی کانون پشتی عدسی چگالنده است. در این روش یک فوتودیود چهارشاخه توزیع شدت در صفحه ی کانون پشتی را ثبت می کند. در این پروژه با اندازه گیری جابه جایی ذره در صفحه ی تصویر جسم، نشان دادیم که آشکارسازی در این صفحه ی نوری، در شرایط خاصی نسبت به صفحه ی کانون پشتی برتری دارد.