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MIT の研究者がスター・ウォーズ型の重力ビームを作成しました。

彼の研究者 と 彼らはそれを開発しました 極小の「重力線」 のような 映画でミレニアム・ファルコンを捕まえた人 スター・ウォーズいつの日か生物学者や臨床医が DNA を研究し、細胞を分類し、病気のメカニズムを調査するのに役立つ可能性があります。手のひらに収まるほど小さいので、 このデバイスは、シリコンフォトニックチップから放射される光線を使用して、チップの表面から数ミリメートル離れた粒子を操作します。光は生物学実験で使用されるサンプルを保護するカバーガラスを透過し、細胞を無菌環境に保つことができます。 光を使用して粒子を捕捉して操作する従来の光ピンセットは、通常、かさばる小型デバイスを必要としますが、チップベースの光ピンセットは、生物学実験における光操作のための、よりコンパクトで大量生産可能で広くアクセス可能な高性能ソリューションを提供できる可能性があります。ただし、他の同様の統合型光ピンセットは、チップの表面に非常に近い、または直接チップの表面にある細胞のみを捕捉および操作できます。これによりチップが汚染され、細胞にストレスがかかる可能性があり、日常的な生物学的実験への適合性が制限されます。と呼ばれるシステムを利用して、 統合型光フェーズドアレイ、 研究者 MITの研究チームは、チップの表面から100倍以上離れた場所でも細胞を捕捉したりつまんだりできる集積型光ピンセットの新しい動作モードを開発した。«この研究により、チップベースの光ピンセットの新たな可能性が開かれ、これまでに実証されたよりもはるかに長い距離にわたって細胞を捕捉したりつまんだりすることが可能になります。これを使って実現できるさまざまなアプリケーションを考えるのはとても楽しいです テクノロジー」と彼女は言います エレナ・ノタロス、電気工学およびコンピュータサイエンス (EECS) の教授、エレクトロニクス研究所のメンバー。光学トラップとピンセットは、集束した光線を使用して小さな粒子を捕捉し、操作します。ビームによって及ぼされる力により、微粒子が中央の鮮明に集束した光に向かって引き寄せられ、微粒子が捕捉されます。光線を向けることで、研究者は光線と一緒に粒子を引き寄せ、非接触の力を使って小さな物体を操作できるようになります。しかし、光ピンセットは従来、研究室に大規模な顕微鏡のセットアップが必要であり、また光の形状を整えたり制御したりするために複数のデバイスが必要なため、利用できる場所と方法が制限されていました。«シリコン フォトニクスを使用すると、この大規模な、通常は研究室規模のシステムをチップ上に統合できます。これは、複雑な大量の光学セットアップのオーバーヘッドなしで光学トラッピングおよびピンチ機能を提供するため、生物学者にとって優れたソリューションです。」と彼女は指摘する 注意してください。しかしこれまで、チップベースの光ピンセットはチップの表面のごく近くでしか光を発することができなかったため、これらの以前のデバイスはわずか数マイクロメートル離れた粒子を捕捉できました。生体サンプルは通常、厚さ約 150 マイクロメートルのカバーガラスを使用して無菌環境に保管されるため、このようなチップで生体サンプルを操作する唯一の方法は、細胞を抽出してその表面に置くことです。しかし、そうするとチップが汚染されてしまいます。新しい実験を行うたびに、チップを廃棄し、セルを新しいチップに入れなければなりません。これらの課題を克服するには、 MITの研究者は、表面から約5ミリメートル上に焦点を合わせる光ビームを放射するシリコンフォトニックチップを開発した。このようにして、滅菌カバー内に残っている生物学的粒子を捕捉して操作することができます。 チップとパーティクルの両方を汚染から保護します。研究者らは、統合型光フェーズアレイと呼ばれるシステムを使用してこれを実現しました。この技術には、半導体製造プロセスを使用してチップ上に構築された小さなアンテナのアレイが含まれます。各アンテナから発せられる光信号を電子的に制御することで、研究者はチップから発せられる光のビームを形成し方向付けることができます。などの幅広い用途からインスピレーションを得ています。 ライダー以前の統合型光フェーズド アレイのほとんどは、光ピンセットに必要な狭く集束されたビームを生成するように設計されていませんでした。彼のチーム マサチューセッツ工科大学 各アンテナに特定の位相パターンを作成することで、チップ表面から数ミリメートルの光トラッピングに使用できる、鋭く集束した光ビームを形成できることを発見しました。«これまで、ミリメートル以内の微粒子を捕捉できるシリコンフォトニクスベースの光ピンセットを作成した人はいませんでした。これは、以前のデモンストレーションに比べて桁違いの改善です」と彼女は言います 注意してください。チップに供給する光信号の波長を変えることで、研究者らは、マイクロスケールの精度で、1ミリメートルを超える範囲に集束ビームを向けることができた。デバイスをテストするために、研究者らはまず小さなポリスチレン球を捕捉して操作することから始めました。彼らがそれを達成したら、 彼らは癌細胞を捕らえて挟み込み始めました。あった 多くのユニークな課題 その間に生じた生物物理学におけるシリコンフォトニクスの応用プロセス。たとえば、研究者らは、サンプル粒子の動きを半自動で追跡し、粒子を所定の位置に保持するための適切なトラップ強度を確認し、データを効率的に後処理する方法を決定する必要がありました。 最終的に、彼らはシングルビーム光ピンセットを使った最初の細胞実験を行うことができました。。これらの結果に基づいて、チームは光ビームの焦点高さを調整できるようにシステムを改良したいと考えています。 彼らはまた、このデバイスをさまざまな生物学的システムに適用し、同時に複数の捕捉サイトを使用して生物学的粒子をより複雑な方法で操作したいと考えています。。[via] #MIT #の研究者がスターウォーズ型の重力ビームを作成しました