Содержание
- 2. Биологические наномашины существуют миллионы лет
- 3. F = k ·x «Лазерный пинцет» – инструмент для работы с нанообъектами наночастица лазер, λ=1064 нм
- 4. Опти́ческий пинце́т (англ. Optical tweezers), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка» — научный прибор, который позволяет
- 5. Схема использования оптического пинцета в изучении РНК-полимеразы
- 6. Физические принципы Объекты, представляемые в виде маленьких диэлектрических сфер взаимодействуют с электрическим полемОбъекты, представляемые в виде
- 7. Волновая оптика Объяснение на основе волновой оптики. Когда шар смещается от центра пучка, как на рисунке
- 8. Когда шар смещается от центра пучка, как на рисунке (a), наибольшее изменение импульса лучей с большей
- 9. Соответствующая сила действующая на частицу (латексная сфера диаметром 0,51; 1,31 и 2,68 микрона) в воде получается
- 10. Чтобы исследуемый объект был неподвижен, необходимо скомпенсировать силу вызванную давлением света. Это можно сделать за счёт
- 11. Приближение электрического диполя В случаях, когда диаметр пойманной в ловушку частицы значительно меньше, чем длина волны
- 12. Предполагая, что мощность лазера не зависит от времени, сила запишется в виде Квадрат величины электрического поля
- 13. Оптические пинцеты в сортировке клеток
- 14. Одна из наиболее распространённых систем сортировки клеток использует метод флуоресцентнойОдна из наиболее распространённых систем сортировки клеток
- 15. Предельное пространственное разрешение 0.1 нм Диапазон измерения сил 0.01 – 200 пН Количество одновременно работающих ловушек
- 16. Измеренная сила 5 пН Перемещение с шагом 8 нм Grishchuk E.L. et al., Force production by
- 17. Microtubules (MTs) are important components of the eukaryotic cytoskeleton: they contribute to cell shape and movement,
- 18. Принцип измерения положения с субнанометровой точностью нанообъект увеличение изображения дифракционной картины нанообъекта в лазерном луче фотодетектор
- 19. На графике отчетливо видно как молекула РНК двигается делая шаги в 3.4 А, которые измеряют лазерным
- 20. Схема установки
- 22. Скачать презентацию
Биологические наномашины существуют миллионы лет
Биологические наномашины существуют миллионы лет
F = k ·x
«Лазерный пинцет» – инструмент
для работы с нанообъектами
наночастица
лазер,
F = k ·x
«Лазерный пинцет» – инструмент
для работы с нанообъектами
наночастица
лазер,
Опти́ческий пинце́т (англ. Optical tweezers), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка»
Опти́ческий пинце́т (англ. Optical tweezers), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка»
В последние годы оптические пинцеты начали использовать в биофизике для изучения структуры и принципа работы белков.
Схема использования оптического пинцета в изучении РНК-полимеразы
Схема использования оптического пинцета в изучении РНК-полимеразы
Физические принципы
Объекты, представляемые в виде маленьких диэлектрических сфер взаимодействуют с электрическим
Физические принципы
Объекты, представляемые в виде маленьких диэлектрических сфер взаимодействуют с электрическим
Волновая оптика
Объяснение на основе волновой оптики. Когда шар смещается от центра
Волновая оптика
Объяснение на основе волновой оптики. Когда шар смещается от центра
При анализе с использованием волновой оптики, рассмотрение процессов преломления и отражения света от микросферы достаточно, чтобы проанализировать втягивание в оптическую ловушку (см. рисунок справа).
Самый простой расчёт действующих сил в пределах подхода волновой оптики основывается на геометрической оптике. Рассмотрение луча указывает на изменение импульсаСамый простой расчёт действующих сил в пределах подхода волновой оптики основывается на геометрической оптике. Рассмотрение луча указывает на изменение импульса света при отражении и преломлении. Таким образом, это изменение импульса (фотонаСамый простой расчёт действующих сил в пределах подхода волновой оптики основывается на геометрической оптике. Рассмотрение луча указывает на изменение импульса света при отражении и преломлении. Таким образом, это изменение импульса (фотона как частицы), согласно второму закону Ньютона, будет приводить к возникновению силы.
Используя простую диаграмму лучей и вектора силы, можно показать, что на микросферу действуют две разных оптических силы благодаря инерцииИспользуя простую диаграмму лучей и вектора силы, можно показать, что на микросферу действуют две разных оптических силы благодаря инерции падающего и преломлённого света. Как это видно из диаграммы, результирующая сила толкает сферу в направлении области наивысшей интенсивности луча. Такая сила называется градиентной силой.
Когда шар смещается от центра пучка, как на рисунке (a), наибольшее
Когда шар смещается от центра пучка, как на рисунке (a), наибольшее
Соответствующая сила действующая на частицу (латексная сфера диаметром 0,51; 1,31 и
Соответствующая сила действующая на частицу (латексная сфера диаметром 0,51; 1,31 и
F = 6πrηv
и составляет 730 фН.
В воздухе максимальная скорость для капель воды диаметром 5 микрон при мощности лазера 50 мВт составила 0,25 см/c
Чтобы исследуемый объект был неподвижен, необходимо скомпенсировать силу вызванную давлением света.
Чтобы исследуемый объект был неподвижен, необходимо скомпенсировать силу вызванную давлением света.
Приближение электрического диполя
В случаях, когда диаметр пойманной в ловушку частицы значительно
Приближение электрического диполя
В случаях, когда диаметр пойманной в ловушку частицы значительно
Предполагая, что мощность лазера не зависит от времени, сила запишется в
Предполагая, что мощность лазера не зависит от времени, сила запишется в
Квадрат величины электрического поля равен интенсивности луча как функция координат. Поэтому, результат указывает, что сила действующая на диэлектрическую частицу, при приближении точечного диполя, является пропорциональной градиенту интенсивности пучка. Другими словами, описанная здесь сила приводит к притяжению частицы в область с самой высокой интенсивностью. В действительности, сила, возникающая при рассеянии света зависит линейно от интенсивности луча, поперечного сечения частицы и показателя преломления среды, в которой находится ловушка (например, вода), работает против градиентной силы в осевом направлении ловушки, приводя к тому, что равновесное положение смещается немного вниз от положения максимума интенсивности.
Оптические пинцеты в сортировке клеток
Оптические пинцеты в сортировке клеток
Одна из наиболее распространённых систем сортировки клеток использует метод флуоресцентнойОдна из
Одна из наиболее распространённых систем сортировки клеток использует метод флуоресцентнойОдна из
В оптически управляемой системе сортировки, клетки пропускают через двух- или трёхмерные оптические решётки. Без индуцируемого электрического напряжения, клетки сортируются по их свойствах преломления света. Разработана методика использования дифракционной оптики и других оптических элементов для создания таких оптических решёток.
Главный механизм сортировки — расположение узлов оптической решётки. Когда поток клеток проходит через оптические решётки, силы трения частиц непосредственно конкурируют с оптической градиентной силой от соседнего узла оптической решётки. Изменяя расположение узлов, возможно создать оптическую дорожку, по который будут двигаться клетки. Но такая дорожка будет эффективной только для клеток с определённым коэффициентом преломления, которые и будут эффективно отклоняться. Регулируя скорость потока клеток и мощность света возможно получить хорошую оптическую сортировку клеток.
Предельное пространственное
разрешение 0.1 нм
Диапазон измерения сил 0.01 – 200 пН
Количество
Предельное пространственное
разрешение 0.1 нм
Диапазон измерения сил 0.01 – 200 пН
Количество
работающих ловушек 1 - 100
Размер перемещаемых частиц 20 – 10000 нм
Диапазон перемещений 100 мкм
Характеристики
«лазерного пинцета»
Измеренная сила 5 пН
Перемещение с шагом 8 нм
Grishchuk E.L. et al.,
Измеренная сила 5 пН
Перемещение с шагом 8 нм
Grishchuk E.L. et al.,
Nature, 2005, v. 438(7066), p. 384-8
Наномашины, участвующие в делении клетки
Microtubules (MTs) are important components of the eukaryotic cytoskeleton: they contribute
Microtubules (MTs) are important components of the eukaryotic cytoskeleton: they contribute
Each MT polymer is a store of chemical energy that can be used to do mechanical work, but how this energy is converted to motility remains unknown. Here we show, by conjugating glass microbeads to tubulin polymers through strong inert linkages, such as biotin–avidin, that depolymerizing MTs exert a brief tug on the beads, as measured with laser tweezers.
Analysis of these interactions with a molecular-mechanical model of MT structure and force production9, Analysis of these interactions with a molecular-mechanical model of MT structure and force production9, 10 shows that a single depolymerizing MT can generate about ten times the force that is developed by a motor enzyme; thus, this mechanism might be the primary driving force for chromosome motion. Because even the simple coupler used here slows MT disassembly, physiological couplers may modulate MT dynamics in vivo.
Принцип измерения положения с субнанометровой точностью
нанообъект
увеличение изображения дифракционной картины нанообъекта
Принцип измерения положения с субнанометровой точностью
нанообъект
увеличение изображения дифракционной картины нанообъекта
фотодетектор из 4-х квадрантов
компьютерный сбор данных и обработка
На графике отчетливо видно как молекула РНК двигается делая шаги в
На графике отчетливо видно как молекула РНК двигается делая шаги в
Схема эксперимента по измерению движения одной молекулы РНК полимеразы вдоль ДНК.
Пример. Работа по измерению шагов, делаемых РНК полимеразой. 1 измеренный шаг – 0.34 нм
(Abbondanzieri et al., .2004. Nature. 438(7067):460-465)
Схема установки
Схема установки