Диссертация (1105151), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Такимобразом, обнаружено силовое воздействие электромагнитного поля волноводной модыфотонного кристалла на пробную диэлектрическую частицу, расположенную вблизиповерхности этого кристалла.129ЗаключениеЗаключениеОсновные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом.• Создан экспериментальный комплекс оптического пинцета с двумя независимыми ловушками и возможностью создания магнитного поля в области оптическихловушек для исследования взаимодействия магнитных микрочастиц.
Установкапозволяет создавать внешнее магнитное поле напряженностью 0–62 Э в областиобразца и осуществлять регистрацию малых смещений частиц с нанометровойточностью. Расстояние между ловушками можно устанавливать в диапазоне от0 до 50 мкм.• Экспериментально, численно и теоретически получена корреляционная функция броуновских смещений двух магнитных микрочастиц, расположенных нарасстоянии друг от друга в двух оптических ловушках.
Вид корреляционнойфункции зависит от силы магнитного взаимодействия между частицами. Приналичии сил притяжения между частицами значения корреляционной функцииувеличиваются, а при отталкивании – уменьшается. С помощью аппроксимации функции кросс-корреляций теоретическими выражениями была полученазависимость градиента силы магнитного взаимодействия.• Предложен метод определения величины и градиента силы взаимодействиямежду магнитными микрочастицами на основе корреляционного анализа смещений этих частиц из оптических ловушек.
Измерена сила магнитного притяжения двух частиц диаметром 3 мкм из полистирола с вкрапления наночастицмагнетита (2% по массе), расположенных на расстоянии от 4 до 9 мкм друг отдруга, во внешнем магнитном поле напряженностью до 62 Э. Сила взаимодействия имеет разные знаки для параллельной и перпендикулярной ориентациймагнитного поля относительно линии, соединяющей центы частиц.
Величинаэтой силы монотонно растет при увеличении напряженности внешнего поля исближении микрочастиц и имеет порядок 0,1 пН, что подтверждено результатами, полученными с помощью вибрационного магнитометра.• Проведены экспериментальные исследования магнитного взаимодействия с применением метода активной микрореологии в присутствии магнитного поля на-Заключение130пряженностью 62 Э, в параллельной и перпендикулярной ориентации поля относительно линии, соединяющей центы частиц.
Внешнее механическое воздействиеосуществлялось изменением по гармоническому закону с амплитудой 200 нм ичастотой 1 Гц координаты одной из ловушек. Измерены спектральные амплитуды смещений частиц на частоте внешнего воздействия. Получено выражение для зависимости градиента силы магнитного взаимодействия от отношенияспектральных амплитуд смещений частиц на частоте внешнего механическоговоздействия.• Измерен модуль эластичности эритроцита человека в аутологичной плазме крови, захваченного в за противоположные края в две оптические ловушки. Длярастягивающих сил менее 15 пН этот модуль равен 13 ± 3 пН/мкм.
Измеренасредняя сила, необходимая для сдвига эритроцитов на заданное расстояние друготносительно друга в парном агрегате. Сила сдвиговой дезагрегации увеличивается с увеличением расстояния между центрами клеток, что говорит о пороговом характере процесса дезагрегации эритроцитов.• Предложен метод для диагностики вязко-упругих свойств эритроцитов, основанный на анализе фазового сдвига в осцилляциях краев клетки, захваченныходновременно в две оптические ловушки, положение одной из которых периодически меняется со временем. Тангенс угла фазовой задержки колебаний краяклетки в неподвижной ловушке относительно колебаний края в осциллирующейловушке пропорционален частоте в диапазоне от 0,1 до 1 кГц.• Создан экспериментальный комплекс для одновременного проведения угловойспектроскопии фотонного кристалла и фотонно-силовой микроскопии вблизиграницы раздела фотонного кристалла с жидкостью.
Проведена спектроскопиякоэффициента отражения, фотонного кристалла, состоящего из 11 пар слоевдиоксида кремния и диоксида циркония на стеклянной подложке, при контакте кристалла с водой. Средняя оптическая толщина каждого слоя составлялаоколо 750/4 нм. В зависимости коэффициента отражения образца от частотыпадающего на него излучения наблюдался минимум на длине волны 532 нм иугле падения 74◦ на фотонный кристалл из подложки, соответствующий возбуждению волноводной моды.Заключение131• Методом фотонно-силовой микроскопии обнаружено силовое воздействие напробную диэлектрическую микрочастицу, расположенную в воде вблизи границы раздела с одномерным фотонным кристаллом, в котором присутствует электромагнитное поле, соответствующее первой волноводной моде с существеннойлокализацией электромагнитного излучения вблизи рассматриваемой границыраздела.
Максимальное силовое воздействие на частицу наблюдается вблизи резонанса возбуждения волноводной моды фотонного кристалла в схеме Кречманна с интенсивностью падающего на фотонный кристалл излучения порядка1 кВт/см2 . С уменьшением расстояния между пробной частицей и фотоннымкристаллом наблюдается рост силового воздействия. Сила, действующая на частицу диаметром 1 мкм, расположенную на расстоянии около 0,25 мкм от фотонного кристалла, достигает величины порядка 0,03 пН.В заключение хочется выразить огромную благодарность моему научному руководителю Андрею Анатольевичу Федянину за постановку интересных, актуальныхнаучных задач и возможность решать их, работая на современном научном оборудовании, за поддержку и помощь. Также хочется выразить благодарность АлександруГригорьевичу Жданову, который являлся моим научным соруководителем в студенческие годы и помог освоить экспериментальную методику оптического пинцета, иДмитрию Васильевичу Петрову, в лаборатории которого я стажировался и получилнавыки, необходимые для выполнения исследований, описанных в диссертационнойработе.
Огромное спасибо Хохловой Марии, Скрябиной Марии, Соболевой Ирине иШилкину Даниилу, работавшим вместе со мной и оказавшим мне неоценимую помощь, Татьяне Долговой за помощь в преодолении технических трудностей, возникавших при написании текста, и моральную поддержку, Маргарите Шариповой запроверку работы на предмет грамматических ошибок, а также всему коллективу лаборатории за создание неповторимой дружественной и творческой обстановки. Спасибо Виталию Ивановичу Соустину за изготовление большого количества деталейэкспериментальных установок.
Отдельное спасибо я хочу сказать своей маме за поддержку и ободрение. Хочется также поблагодарить Татьяну и Виктора Гунбиных заоказанную нашей семье помощь.132Список литературыСписок литературы[1] Ashkin A., Dziedzic J. M., Bjorkholm J. E., Chu S. Observation of a single-beamgradient force optical trap for dielectric particles // Opt. Lett. — 1986.
— v. 11,no. 5. — pp. 288–290.[2] Neuman K. C., Block S. M. Optical trapping. // Rev. Sci. Instrum. — 2004. — v. 75,no. 9. — pp. 2787–2809.[3] Zhdanov A., Kreuzer M. P., Rao S., Fedyanin A., Ghenuche P., Quidant R.,Petrov D. Detection of plasmon-enhanced luminescence fields from an optically manipulated pair of partially metal covered dielectric spheres // Opt. Lett.
— 2008. —v. 33, no. 23. — pp. 2749–2751.[4] Vidal X., Fedyanin A. A., Molinos-Gómez A., Rao S., Martorell J., Petrov D. Nonlinear optical response from single spheres coated by a nonlinear monolayer // Opt.Lett. — 2008. — v. 33, no. 7. — pp. 699–701.[5] Romano G., Sacconi L., Capitanio M., Pavone F. S. Force and torque measurements using magnetic micro beads for single molecule biophysics // Opt. Commun. —2003. — v. 215, no. 4-6.
— pp. 323–331.[6] Khokhlova M. D., Lyubin E. V., Zhdanov A. G., Rykova S. Y., Sokolova I. A.,Fedyanin A. A. Normal and system lupus erythematosus red blood cell interactionsstudied by double trap optical tweezers: direct measurements of aggregation forces. //J. Biomed.
Opt. — 2012. — v. 17, no. 2. — p. 025001.[7] Lyubin E. V., Khokhlova M. D., Skryabina M. N., Fedyanin A. A. Cellular viscoelasticity probed by active rheology in optical tweezers. // J. Biomed. Opt. — 2012. —v. 17, no. 10. — p. 101510.[8] Cecconi C., Shank E. A., Marqusee S., Bustamante C. DNA molecular handles forsingle-molecule protein-folding studies by optical tweezers. // Methods Mol. Biol. —2011.
— v. 749. — pp. 255–271.Список литературы133[9] Скрябина М. Н., Любин Е. В., Хохлова М. Д., Федянин А. А. Диагнитстика парного взаимодействия магнитных микрочастиц методом оптического пинцета //Письма в ЖЭТФ. — 2012. — т. 95. — с. 638–642.[10] Helseth L. E. Paramagnetic particles in an optical trap // Opt. Commun. — 2007. —v. 276, no. 2. — pp. 277–282.[11] Florin E.-L., Pralle A., Heinrich Hörber J., Stelzer E. H. Photonic Force MicroscopeBased on Optical Tweezers and Two-Photon Excitation for Biological Applications //J.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
