Автореферат (1105150), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Впервые измерена средняя сила, необходимая для сдвигаэритроцитов на заданное расстояние друг относительно друга в парном агрегате ваутологичной плазме крови.• Впервые методом фотонно-силовой микроскопии экспериментально обнаружено силовое воздействие электромагнитного поля первой волноводной моды одномерногофотонного кристалла на пробную микрочастицу, расположенную в воде вблизи егограницы.Практическая значимость работы состоит в возможном использовании полученныхрезультатов в задачах, связанных с управлением и характеризацией микрообъектовметодом оптического пинцета; исследованием и применением магнитных жидкостей;развитием методов диагностики заболеваний, связанных с изменением реологическихсвойств крови; разработкой сенсоров на основе фотонных кристаллов; а также развитием методов управления движением микрочастиц электромагнитным полем вблизиграниц разделов сред.На защиту выносятся следующие основные положения:• Силы взаимодействия магнитных микрочастиц могут быть измерены методом двухлучевого оптического (лазерного) пинцета.
Корреляционная функция броуновскихсмещений двух магнитных частиц, локализованных в две оптические ловушки, зависит от силы магнитного взаимодействия микрочастиц.• Притяжение между магнитными микрочастицами приводит к уменьшению значений корреляционной функции броуновских смещений вдоль оси, проходящей через центры частиц, а отталкивание – к возрастанию. Для системы из двух захваченных в оптические ловушки частиц отношение амплитуды смещений частицы внеподвижной ловушке к амплитуде смещений частицы в осциллирующей ловушкерастет при увеличении градиента силы магнитного взаимодействия частиц, есличастоты смещений осциллирующей ловушки меньше частоты отсечки, равной отношению жесткости оптической ловушки к коэффициенту вязкого трения частицыв среде.• Сила сдвиговой дезагрегации красных кровяных телец и их вязко-упругие свойствамогут быть определены методом двухлучевого оптического (лазерного) пинцета.4Расстояние между центрами клеток в парном агрегате возрастает с увеличениемсил, приложенных со стороны оптических ловушек и направленных на разъединение клеток.• Тангенс фазовой задержки колебаний одного края эритроцита, удерживаемого запротивоположные края в двух оптических ловушках, относительно другого края,испытывающего периодическое механическое воздействие вдоль линии, связывающей ловушки, пропорционален частоте этого воздействия в диапазоне от 0,1 до 1кГц.• Метод фотонно-силовой микроскопии применим для исследования электромагнитного поля в волноводной моде одномерного фотонного кристалла.• Микрочастица, находящаяся вблизи поверхности фотонного кристалла, испытывает силовое воздействие со стороны электромагнитного поля в волноводной моде,возбужденной лазерным излучением в схеме нарушенного полного отражения.
Приэтом сила, действующая на пробную частицу, возрастает вблизи резонанса возбуждения волноводной моды фотонного кристалла, а также при приближении пробнойчастицы к поверхности фотонного кристалла.Апробация работы проводилась на следующих международных конференциях: “4-thInternational Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics” (MSCMP)(Кишинев, Молдавия, 2008), “12th Joint MMM-INTERMAG Conference” (Чикаго, США,2013), “19th International Conference on Advanced Laser Technologies” (ALT) (Золотые пески, Болгария, 2011), “SPIE Photonics Europe” (Брюссель, Бельгия, 2012), “InternationalConference on Lasers, Applications, and Technologies” (LAT) (Казань, Россия, 2010),“International Conference on Coherent and Nonlinear Optics” (ICONO), (Москва, Россия,2013), “Frontiers in Optics” (FiO), (Орландо, США, 2013).Результаты диссертационной работы опубликованы в 4 статьях научных журналовиз списка ВАК России.Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации 145 страниц, включая список литературы, 48 рисунков. Список цитированной литературы содержит 133 наименования,включая публикации автора по теме диссертации.Личный вклад. Все результаты диссертационной работы получены автором личнолибо при его непосредственном участии.5Содержание работыГлава 1. Обзор литературы: применение метода оптического пинцета для исследования физических явленийПервая глава содержит обзор литературы, касающейся применений методики оптического пинцета для исследования физических явлений.
Описан принцип действия оптического пинцета и методы его калибровки. Основное внимание уделено рассмотрению методовизмерения сил в оптическом пинцете при изучении магнитных суспензий, клеток кровии поверхностно-активных сред.Глава 2. Изучение силового взаимодействия магнитных микрочастиц методомоптического пинцетаВо второй главе описывается новая методика изучения парного взаимодействия магнитных микрочастиц в жидкости. Рассматривается фундаментальная задача о броуновскомдвижении двух частиц, взаимодействующих силами магнитной природы, во внешнемпотенциале лазерных ловушек. В главе рассмотрены корреляционные функции броуновских смещений пары частиц, локализованных оптическим пинцетом на заданном расстоянии друг от друга.
Показано, что корреляции в движении микрочастиц существеннымобразом определяются градиентом силового, в частности магнитного, взаимодействиямежду частицами. Показано что, величина сил может быть определена с точностью доединиц фН, а магнитный момент микрочастиц с точностью до единиц фА·м2 . Изучается влияние внешней периодической силы, приложенной к одной частице, на движениевторой частицы.Вывод теоретических выражений корреляционных функций броуновского движениявзаимодействующих магнитных микрочастиц в оптическом пинцете проведен с помощьюрассмотрения уравнения Ланежевена для коллективной и относительной мод движениямикрочастиц в приближении Озеена для тензора подвижности сферических частиц вжидкости.
Выкладки дали следующее выражение корреляционной функции смещениймагнитных частиц из положении равновесия ∆x1,2 вдоль оси Ox, соединяющей центрыоптических ловушек:k−2k′k⟨∆x1 (0)∆x2 (t)⟩k − 2k ′ − γ(1+ε)kt− γ(1−ε)tg(t) = √=ee−,′′2(k − k )2(k − k )⟨∆x21 ⟩⟨∆x22 ⟩(1)dFmгде k — жесткость оптических ловушек, k ′ =(R) — есть величина проекции наdrось Ox градиента силы магнитного взаимодействия микрочастиц Fm , расположенных нарасстоянии R друг от друга, соответствующем положению равновесия частиц, ε = 3a/2Rи γ = 6πηa, a — радиус частиц, η — коэффициент динамической вязкости среды, ⟨∆x21,2 ⟩— дисперсии смещений частиц вдоль оси Ox.В экспериментальной части проводился захват двух микрочастиц в две оптическиеловушки, расположенные на расстоянии 4.5–9 мкм друг от друга. Типичная фотографиядвух захваченных микрочастиц изображена на вставке рисунка 1.На рис.1 показаны типичные графики нормированной корреляционной функции броуновских смещений микрочастиц из положений равновесия вдоль оси Ox.
Незакрашенные точки соответствуют корреляционной функции полученной при измерении смещений6Рис. 2: Схематическое изображениеРис. 1: Нормированные на среденегеометрическую дисперсию корреляционные функции смещения двух частиц в оптических ловушках. Черные и красные закрашенные точки относятся, соответственно, к случаям ориентации линий напряженности внешнего магнитного поля вдоль иперпендикулярно оси Ox, проведенной через центры оптических ловушек. Величина напряженности магнитного поля H = 62 Э, расстояние междуоптическими ловушками L = 6 мкм.
Черные открытые точки соответствуют измерениям в отсутствии внешнего магнитного поля. Линии — теоретическая аппроксимация значений выражением(1).двух магнитных частиц, захваченныхв оптические ловушки в присутствиивнешеного магнитного поля H. a) Параллельная конфигурация — линии напряженности внешнего поля направлены вдоль оси Ox, соединяющей центрыловушек. б) Перпендикулярная конфигурация — линии напряженности ортогональны этой оси. Магнитные моменты частиц показаны стрелками внутричастиц, < x1,2 > — средние величинысмещений частиц из центров оптическихловушек вследствие действия силы магнитного взаимодействия Fintв отсутствии внешнего магнитного поля.
Наличие минимума при t ≈ 0.01 с обусловленогидродинамическим взаимодействием микрочастиц через жидкую среду. При наличиивешнего магнитного поля, создаваемого в области образца, корреляционная функцияменяется. В случае, когда силовые линии магнитного поля направленны вдоль оси Ox,то есть вдоль прямой, проходящей через положения ловушек, наблюдается уменьшениезначений корреляционной функции (закрашенные черные точки). Если же силовые линии направлены перпендикулярно оси Ox корреляционная функция возрастает (красныеточки).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
