Свет - это сила

Верите ли вы, что пучок света может стать осязаемым? Возможно ли пучком света, как пальцами, схватить материальный объект?

Еще в 1910 году российский физик Петр Лебедев показал, что свет способен оказывать давление на тела. Позднее, в 1970-х, Артур Ашкин разработал принцип оптической ловушки, а в 2018 году он получил Нобелевскую премию за «за изобретение оптического пинцета и его применение в биологических системах».

Что же такое оптический пинцет? Это оптический инструмент, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света. Свет, будучи сфокусированным при помощи объектива микроскопа, формирует перетяжку, внутри которой интенсивность распределена по закону Гаусса: интенсивность лазерного пучка максимальна на его оси и плавно спадает к краям. Принцип действия оптического пинцета основан на том, что световой поток обладает импульсом и при изменении его направления возникает сила, связанная с этим изменением. Поэтому объект, однажды попавший в центр пучка, не может выбраться из оптической ловушки: любое смещение от центра перетяжки порождает силу, направленную к центру ловушки.

Оптический пинцет позволяет прикладывать к диэлектрическим объектам силы от фемтоньютонов до наноньютонов. Этого достаточно, чтобы захватить, удерживать и перемещать такие объекты, как бактерии и клетки различных размеров. В последние годы оптические пинцеты начали использовать в биофизике для изучения структуры и принципа работы белков. Весьма привлекательно использовать оптический пинцет для изучения работы молекулярных моторов внутри клетки.

В лаборатории биофотоники ФИЦ ХФ РАН тоже проводятся работы с использованием оптического пинцета. В настоящий момент разрабатывается оригинальная методика определения степени зрелости ооцитов, основанная на применении лазерного пинцета. Ядро ооцитов, находящихся на стадии зародышевого пузырька, имеет хорошо заметное ядрышко, окруженное хроматином. Захватив это ядрышко оптическим пинцетом, можно количественно оценить вязкоупругие свойства хроматина – а они напрямую зависят от конформации, то есть, степени упаковки хроматина, которая, в свою очередь, является критерием созревания ооцитов. Эта методика в перспективе может оказаться полезной для вспомогательных репродуктивных технологий человека.