Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой
Диссертация
В ряде задач возникает необходимость перемещать микрообъекты по заданным траекториям, что в большинстве экспериментов осуществляют путем механического перемещения либо пучка, либо предметного столика микроскопа. Для реализации временного разделения используются быстрые отражатели, перемещающие лазерный пучок от одной частицы к другой по циклу с частотой в несколько килогерц. Известен способ… Читать ещё >
Список литературы
- Dao М., Lim С. Т., Suresh S. Mechanics of the human red blood cell deformed by optical tweezers// J. Mech. Phys. Solids. 2003. V. 51. P. 2259−2280.
- Friese M.E.J, et al. Optically driven micromachine elements // Appl. Phys. Lett. 2001. v. 78. N. 4. P. 547−549.
- Galajda P., Ormos P. Complex micromachines produced and driven by light // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. N. 2. P. 249−251.
- Abramochkin E., Volostnikov V. Spiral-type beams: optical and quantum aspects // Opt. Comm. 1996. V. 125. P. 302.
- Ахманов С.А., Никитин С. Ю. Физическая оптика: Учебник М.: Изд-во МГУ. 1998.
- Сойфер В.А., Котляр В. В., Хонина С. Н. Оптическое манипулирование микрообъектами: достижения и новые возможности, порожденные дифракционной оптикой // Журн. Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2004. Т. 35. Вып. 6.
- Лебедев П.Н. Максвелло-бартолиевские силы давления лучистой энергии // Журн. Русск. Физ.- Хим. О-ва. 1900. Т. 32. Вып. 8. С. 211.
- Эшкин А. Давление лазерного излучения // УФН. 1973. Т. 110. Вып. 1. — С. 101−114.
- Ashkin A. et al. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles // Opt. Lett. 1986. V. 11, No. 5. P. 288−290.
- Рахматулин M.A. Диссертационная работа: Разработка методов манипуляций микрообъектами лазерным излучением // СамГУ, 2003, Самара.
- Malagnino N. et al. Measurements of trapping efficiency and stiffness in optical tweezers // Opt. Commun. 2002. V. 214. P. 15−24.
- Ren K.F., Grehan G., Gouesbet G. Prediction of the reverse radiation pressure by generalized Lorenz- Mie theory // Appl. Opt. 1996. V. 35. P. 2702- 2710.
- Harada Y., Asakura T. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime // Opt. Commun. 1996. V. 124. P. 529- 541.
- Ashkin A. The pressure of laser light // Scientific American. 1972. — V.226, No 2. — P. 63.
- Ashkin A., Dziedzic J. M. Optical levitation by radiation pressure // Appl. Phys. Lett. 1971. — V. 19, — P. 283.
- Ashkin A. Applications of laser radiation pressure // Science. 1980. — V. 210. -P. 1081.
- Omori R., Kobayashi Т., Suzuki A. Observation of a single-beam gradient-force optical trap for dielectric particles in air // Opt. Lett. 1997. — V. 22. — № 11-P. 816−818.
- Ashkin A. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime // Biophys. J. 1992. — V. 61. — p. 569−582.
- Higurashi E., Ohguchi O., Ukita H. Optical trapping of low-refractive-index microfabricated objects using radiation pressure exerted on their inner walls // Opt. Lett. 1995. V. 20.-№ 19.-P. 1931−1933.
- Moothoo D.N. et al. Beth’s experiments using optical rweezers // Am. J. Phys. 2001. V. 69. No. 3. P. 271−276.
- Filkin V.V., Kotova S.P., Losevsky N.N., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Yakutkin V.V. Microobject manipulation by laser beams with nonzero orbital momentum // Proceeding of SPIE. 2002. — V. 5129. — P. 247−252-:
- Paterson L., MacDonald M.P., Arlt J., Sibbett W., Bryant P.E., Dholakia K. Controlled rotation of optically trapped microscopic particles // Science. -2001. V. 292.-P. 912−914.
- Roosen G., Imbert C. Optical levitation by means of two horizontal laser beams: a theoretical and experimental study // Phys. Lett. 1976. — V. 59A. -№ 1. — P. 6−8.
- Cai W., Li F., Sun S., Wang Y. Optical levitation measurements with intensity-modulated light beams // Appl. Opt. 1997. — V. 36. — № 30. — P. 7860−7863.
- Rubinov A.N., Katarkevich V.M., Afanasev A.A., Efendiev T.Sh. // Optics Communications, 2003. V. 224. P. 97.
- Fournier J.-M., Rohner J., Salathe R.-P. et al. Assembling mesoscopic particles by various optical schemes // Proc. of SPIE. 2005. 59300Y. pp. 1−10.
- Ng J., Chan C.T., Sheng P., Lin Z. «Strong optical force induced by motphol-ogy-dependant resonances» // Opt. Lett. 2005. 30, 15, pp. 1956−1958.
- Абрамочкин Е.Г., Волостников В. Г., Лосевский H.H. «Устройство для фокусировки излучения»./ а.с. 1 730 606 СССР, 1990 г.
- Courtial J., Zambrini R. et. al «Angular momentum of optical vortex arrays"/ OPTICS EXPRESS, Vol.14, No.2, 2006, pp.938−949.
- Rodrigo P., Eriksen R., Daria V., Gluckstad J. Interactive light-driven and parallel manipulation of inhomogeneous particles // Opt. Express, 2002, V.10, No.26, pp. 1550−1556.
- Bingelyte V., Leach J., Courtial J., Padgett M. J. Optically controlled three-dimensional of microscopic objects // Appl. Phys. Lett., 2003, V.82, No.5, pp. 829−831.
- Rodrigo P. J., Perch-Nielsen I. R., Gluckstad, J. Three-dimensional forces in gpc-based counterpropagating-beam traps // Opt. Express 2006. — V. 14, -pp. 5812−5822.
- Liesener J., Reicherter M., Haist Т., Tiziani H. J. Multi-functional optical tweezers using computer gererated holograms // Opt. Commun. 185, 77, 2000.
- Martin-Badosa E., Montes-Usategui M., Carnicer, A., Andilla J., Pleguezuelos E., Juvells I. Design strategies for optimizing holographic optial tweezers setups // J. Opt. A. 2007. V. 9. pp. 267−277.
- Pattanayak D. N., Agrawal G. P. Representation of vector electromagnetic beams // Phys. Rev. A. 1980. — V. 22. — p. 1159.
- Ozkan M., Pisanic Т., Scheel J., Barlow C., Esener S., Bhatia S. N. Electro-optical platform for the manipulation of live cells // Langmuir. 2003. V. 19. pp. 1532−1538.
- Fallman E., Axner O. Design for fully steerable dual-trap optical tweezers // Appl. Opt. 36,2107, 1997.
- Афанасьев K.H., Воронцов E.H. Массивы лазерных ловушек для деформации вытянутых микрообъектов // Сборник трудов СФ ФИАН. 2007.
- Chapin С. S., Germain V., Dufresne E.R. // Optics Express, 2006 V.14, N.26. P. 13 095.
- Lafong A. Hossack W. J, Arlt J ., Nowakowski T. J ., Read N. D. Time-Multiplexed Laguerre-Gaussian holographic optical tweezers for biological applications.//Vol. 14, No. 7. OPTICS EXPRESS 2006, p. 3065−3072.
- Hossack W. J., Theofanidou E., Crain J., «High speed holographic optical tweezers using a ferroelectric liquid crystal microdisplay,» Opt. Express 11, 2053−2058. 2004.
- Vass D. G., Hossack W. J., «A high resolution, full colour head mounted ferroelectric liquid crystal over silicon display,» Ferroelectrics 213, 209−218 (1998).
- Rodrigo P.J. et al. Shack-Hartmann multiple-beam optical tweezers // Optics Express. 2003. v.ll. No.3. p.208−214.
- Vossena L. J. D., van der Horst A., Dogterom M., van Blaaderenb A. // Review of scientific instruments, 2004. V. 75. N. 9. P. 2960.
- Волостников В.Г., Котова С. П., Рахматулин M.A. Управление скоростью вращения частицы, захваченной сфокусированным лазерным пучком, с помощью жидкокристаллического модулятора // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2000. т.2, № 1. с.48−52.
- Schonbrun Е. et. al. «3D interferometric optical tweezers using a single spatial light modulator"/ OPTICS EXPRESS, Vol.13, No.10, 2005, pp.3777−3786.
- Perch-Nielsen I. R., Rodrigo P., Gltickstad J. Real-time interactive 3D manipulation of particles viewed in two orthogonal observation planes/ Opt. Express, Vol.13, No.8, 2005, pp.2852−2857.
- Dufresne E. R. and Grier D. G., Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optical elements//, Rev. Sci. Instr. 69, 1974−1977 (1998).
- Eriksen R. L., Daria V. R., and Gl’uckstad J., Fully dynamic multiple-beam optical tweezers//, Opt. Express 10, 597−602 (2002).
- Hossack W. J., Theofanidou E., Crain J., Heggarty K., and Birch M., Highspeed holographic optical tweezers using a ferroelectric liquid crystal micro-display//, Opt. Express 11, 2053−2059 (2003).
- Korda P. Т., Taylor M. В., and Grier D. G., Kinetically locked-in colloidal transport in an array of optical tweezers//, Phys. Rev. Lett. 89, 128 301 (2002).
- MacDonald M. P., Spalding G. C., and Dholakia K., Microfluidic sorting in an optical lattice//, Nature 426, 421−424 (2003).
- Jess P. R. Т., Garces-Chavez V., Smith D., Mazilu M., Paterson L., Riches A., Herrington C. S., Sibbett W., Dholakia, K. Dual beam fibre trap for Raman mi-crospectroscopy of single cells // Opt. Express. 2006 V. 14. pp. 5779−5791.
- Monat C. et al. Optofluidics: a novel generation of reconfigurable and adaptivecompact architectures // Microfluid. Nanofluid. 2008. V. 4. pp. 81−95.
- Jesacher A., F’urhapter S., Bernet S., and Ritsch-Marte M., Size-selective trapping with optical cogwheel tweezers//, Opt. Express 12, 4129−4135 (2004).
- Grier D. G., A revolution in optical manipulation//, Nature 424, 810−816 (2003).
- Ladavac К. and Grier D. G., Microoptomechanical pumps assembled and driven by holographic optical vortex arrays//, Opt. Express 12, 1144−1149 (2004).
- Curtis J. E. and Grier D. G., Structure of optical vortices//, Phys. Rev. Lett. 90, 133 901 (2003).
- Garc’es-Ch'avez V., Dholakia K., and Spalding G. C., Extended-area optically induced organization of microparticles on a surface//, Appl. Phys. Lett. 86, 3 1106(2005).
- Melville H., Milne G. F., Spalding G. C., Sibbett W., Dholakia K., and McGloin D., Optical trapping of threedimensional structures using dynamic holograms//, Opt. Express 11, 3562−3567 (2003).
- Leach J., Sinclair G., Jordan P., Courtial J., Padgett M. J., Cooper J., and Lac-zik Z. J., 3D manipulation of particles into crystal structures using holographic optical tweezers//, Opt. Express 12, 220−226 (2004).
- Jesacher A., F’urhapter S., Bernet S., Ritsch-Marte M. Diffractive optical tweezers in the Fresnel regime/ Optics Express, Vol.12, No. 10, 2004, pp.22 432 250.
- Curtis J.E., Koss B.A., Grier D. G. Dynamic holographic optical tweezers // Opt. Commun. 2002. v.207. p. 169−175.
- Скиданов P.B. Расчет силы взаимодействия светового пучка с микрочастицами произвольной формы // Компьютерная оптика 2005, Вып.28, с. 18−22.
- Neuman К.С., Chadd Е.Н., Liou G.F., Bergman К., Block S.M. // Biophys. J., 1999. V. 77. P. 2856.
- Liang H., Vu K.T., Krishnan P., Trang T.C., Shin D., and et. al., Biophys. J., 1996. V. 70. P. 1529.
- Gross S.P. // Methods in Enzymology, 2003. V. 361. P. 162.
- Dholakia K., Reece P. Optical micromanipulation takes hold // Nanotoday. 2006. V. l.pp. 18−27.
- De Luca A.C., Volpe G., Drets A. M. and et. al. // Optics Express, 2007. V. 15, N. 13. P. 7922
- Kimura Y., Bianco P. R. // Analyst, 2006. V. 131. P. 868.
- Sniadecki N.J., Desai R.A., Ruiz S.A., Chen C.S. // Annals of Biomedical Engineering, 2005. 0090−6964/05.
- Suresh S. and et al. // Acta Biomaterialia, 2005. V. 1. P. 15.
- Lenormand G., Henon S., et al. Direct measurement of area expansion and shear moduli of the human red blood cell membrane skeleton// Biophys. J., 2001. V.81, No.l. p.43−56.
- Ameborg N., Siegumfeldt H., Andersen G. H., Nissen P., Daria V. R., Rodrigo P. J., Gluckstad J., Interactive optical trapping shows that confinement is a determinant of growth in a mixed yeast culture //, FEMS Microbiology Lett, 2006. «
- Zhang H., Liu K.-K. // J. R. Soc. Interface, 2008. V. 5. P.671.
- Zheng F., Qin Y., Chen K. Sensitivity map of laser tweezers Raman spectroscopy for single-cell analysis of colorectal cancer // J. Biomed. Opt. 2007. V. 12.034 002.
- Eriksson E., Scrimgeour, J., Grane. li A., Ramser K., Wellander R., Enger J., Gokso. r M. Optical manipulation and microfluidics for studies of single cell dynamics // J. Opt. 2007. V. 9, pp. 113−121.
- Applegate R. W. Jr., Squier J., Vestad Т., Oakey J., Marr D. W. M. Optical trapping, manipulation, and sorting of cells and colloids in microfluidic systems with diode laser bars.// Optics Express. Vol. 12, No. 19, 2004.
- Herzenberg L. A., Parks D., Sahaf В., Perez O., Roederer M. The history and future of the fluorescence activated cell sorter and flow cytometry: a view from Stanford // Clin. Chem. 48, 1819−1827, 2002.
- Dholakia, K., MacDonald, M. P., Zemanek, P., Cizmar, T. Cellular and colloidal separation using optical forces // Methods Cell Biol. 82, 467−495, 2007.
- Milne G., Rhodes D., MacDonald M., Dholakia K. Fractionation of polydis-perse colloid with acoustooptically generated potential energy landscapes // Opt. Lett. 2007. V. 32. pp. 1144−1146.
- Smith R. L., Spalding G. C., Dholakia K., MacDonald M. P. Colloidal sortingin dynamic optical lattices // J. Opt. 2007. V. 9. pp. 134−138.
- Ozkan, M., Wang, M., Ozkan, C., Flynn, R., Birkbeck, A., Esener, S. Optical manipulation of objects and biological cells in microfluidic devices // Biomed. Microdevices 5, 61−67, 2003.
- Скиданов P.B. Диссертационная работа: Оптический захват и перемещение диэлектрических микрообъектов вихревыми лазерными пучками сформированными ДОЭ // СГАУ Самара, 2007.
- Lafong A., Hossack W. J., Arlt J., Nowalcowski T. J., Read N. D. Time-Multiplexed Laguerre-Gaussian holographic optical tweezers for biological applications. // Optics Express. Vol. 14, No. 7, p. 3065−3072, 2006.
- Зинчук B.B. Деформируемость эритроцитов: физиологические аспекты, 2001 г.
- Nakache М., Caprani A., Dimicoli J.L. et al. Relationship between deform-ability of red blood cells and oxygen transfer: a modelized investigation // Clin. Hemoheol. 1983. — Vol.3, № 2. — P. l77−189.
- George C., Thao Chan M., Weill D. et al. De la deformabilite erythrocytaire a l’oxygenation tissulaire //Med. actuelle. 1983. — Vol. 10, № 3. — P. 100−103.
- Козлов M.M., Маркин B.C. Мембранный скелет эритроцита. Теоретическая модель // Биологические мембраны. 1986. — Т. 3, № 4. — С. 404−422.
- Коржуев П.А. Проблема оксигенации гемоглобина // Успехи физиологических наук 1973. — Т. 4, № 3. — С. 69−112.
- Schmid-Schonbein Н. Blood rheology and oxygen transport to tissues // Adv. Physiol. Sci. 1982. — Vol. 25. — P. 279−289.
- Mohandas N., Chasis J. A., Shobet S.B. The influence of membrane skeleton on red cell deformability, membrane material properties, and shape // Seminare in Hematology. 1983. — Vol. 20, № 3. — P. 225−242.
- Smith J.E. Erythrocyte deformability // Ed. Agar N.S., Board P.J. Red blood cells of domestic mammals. Amsterdam, 1983. — P. 55−112.
- Hakim T.S. Effect of erythrocyte heat treatment on pulmonary vascular resistance // Microvasc. Res. 1994. — Vol. 48, № 1. — P. 13−25.
- Захаров С.Д., Иванов А. В. Светокислородный эффект физический механизм активации биосистем квазимонохроматическим излучени-ем//Препринт ФИАН. Москва. 2006.
- Brandao М.М., Fontes A., et.al. Optical tweezers for measuring red blood cell elasticity: application to the study of drug response in sickle cell disease // Eur. J. Haematol., 2003. V.70. p. 207−211.
- Li C., Liu Y. P., Liu К. K., Lai А. С. K. The deformation of an erythrocyte under the radiation pressure by optical stretch // J. Biomech. Eng. 2006. V. 128. pp. 830−836.
- Bariel P., Sheng Y. et. al. Calculation of spherical red blood cell deformation in dual-beam optical stretcher// Opt. Express. 2007. Vol.15, No. 24. P. 1 602 916 034.
- Gu M., Kuriakose S. et al. A single-beam near-field laser trap for optical stretching, folding and rotation of erythrocytes// Opt. Express. 2007. Vol.15, No. 3. P.1369−1375.
- Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Experiments on microscopic objects movement along various fixed trajectories caused by spiral beams, Proc. SPIE, V.5773, (2005).
- Abramochkin E.G., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., «Microobject Manipulation Using Laser Beams with Nonzero Orbital Angular Momentum», Laser Physics, 2006, Vol.16, No 5, pp. 1−7.
- Афанасьев K.H., Котова С. П., Коробцов A.B., Лосевский Н.Н, «Световые поля с ненулевым угловым моментом для лазерного микроманипулирования «, Известия Самарского Научного Центра РАН, т.9, № 3, с. 6L5−620, Самара 2007.
- Nieminen Т.A., et al. Calculation and optical measurement of laser trapping forces on non-spherical particles // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2001. V. 70. P. 627−637.
- Gauthier R. C. Theoretical investigation of the optical trapping force and torque on cylindrical microobjects// J. Opt. Soc. Am. B. 14, 3323−3333, 1997.
- Afanasiev K.N., Korobtsov A.V., Kotova S.P., «Spiral type beams based laser manipulator»/LPHYS"06, p.165, 2006.
- Бобров C.T., Котлецов Б. Н., Туркевич Ю. Г. Синтезированные дифракционные решетки с порядками одинаковой интенсивности // Микроэлектроника. Т. 4. С. 375−378. 1975.
- Abramochkin Е., Volostnikov V. Spiral-type beam // Opt. Comm. V 102. P. 336−350, 1993.
- Дырдин В.В., Богомолова О. В., Корчуганов В. П. Исследование спектров поглощения и пропускания // Методические указания по курсу общей физики для подготовки студентов всех направлений. Кемерово. 2004.
- Гаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. «Мир». 1976.
- Волостников В.Г., Коробцов А. В., Котова С. П., Лосевский Н. Н., Майорова А.М» Разуева Е. В., Манипуляция микрообъектами лазерными пучками со сложной структурой // Физика наукоемких технологий, Иркутск 2006.
- Clare M.R., et al. The Red Cell Production, Metabolism, Destruction // Blood. 1983. V. 610. P. 899−910.
- Jacques S.L. Path integral description of light transport in tissue // Annals of the New York Academy of Sciences 1998. V. 838 P. l-13.
- Федорова З.Д., Котовщикова M.A., Бессмельцев С. С., Попова Т. И. Об определении индекса деформируемости эритроцитов// Лабораторное дело. 1986. № 12. С. 732−735.
- Svoboda К., Block S. М. Biological Applications of Optical Forces// Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 1994. V. 23, p.247−285.
- Павлова Я.В., Сакович С. И. Ослабление низкоинтенсивного лазерного излучения венозной кровью и эритроцитной массой человека // Известия АГУ. 2007. № 1(53) С. 118−121.
- Потапенко А .Я., Кягова А. А., Тихомиров A.M. Осмотическая устойчивость эритроцитов/ Учебное пособие. ГОУ ВПО ГРМУ 2006.
- Коробцов А.В., Котова С. П., Лосевский Н. Н., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова Н. А. Применение лазерного пинцета для Изучения механических свойств эритроцитов // Известия Самарского Научного Центра РАН, т. 11 № 3, с. 76−81, 2009.