©Ulm University 2012, Othmar Marti
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36  Optische Pinzette

 36.1  Lernziel
 36.2  Lerninhalte
 36.3  Aufgaben
  36.3.1  Erster Versuchstag:
  36.3.2  Zweiter Versuchstag:
 36.4  Literatur

36.1  Lernziel

Mit optischen Pinzetten können kleinste Kräfte in flüssiger Umgebung gemessen werden. Mit einem Objektiv mit hoher numerischer Apertur wird ein möglichst beugungsbegrenzter Lichtstrahl erzeugt. Die Intensitäts- oder Feldverteilung im Fokus bewirkt, dass Mikrometer-grosse Kügelchen mit einem höheren Brechungsindex als die Flüssigkeit (üblicherweise Wasser) im Fokus gefangen sind. Die Kügelchen sind nicht in Ruhe, sondern werden durch die Brownsche Bewegung zum Zittern gebracht. Die Amplitude dieser Zitterbewegungen ist ein Mass für die Fallenstärke.

Optische Pinzetten werden heute in der Materialforschung und überwiegend in der Biophysik eingesetzt. Zellen können eingefangen werden, Oberflächen abgetastet oder die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt werden

36.2  Lerninhalte

  1. Aufbau und Funktionsweise einer optischen Falle
  2. Einfangen von Teilchen
  3. Kalibration einer optischen Falle
  4. Messung der Fallenstärke
  5. Messung der Viskosität von Wasser

36.3  Aufgaben

36.3.1  Erster Versuchstag:

  1. Versuchen Sie mit einem Filzstiftstrich auf einem Mikroskopträger den Ort des Fokuses in Wasser zu bestimmen.
  2. Stellen Sie eine sehr verdünnte Lösung von 3μm-Polystyrol-Kugeln in Wasser her.
  3. Füllen Sie mit einem Tropfen dieser Lösung eine Probenkammer
  4. Versuchen Sie ein Teilchen zu fangen.
  5. Kalibrieren Sie die Falle, indem Sie die Probenkammer mit einer bekannten Geschwindigkeit gegenüber dem Fokus bewegen.
  6. Messen Sie mit der kalibrierten Falle die Viskosität von Wasser mit Zusatzmolekülen.

36.3.2  Zweiter Versuchstag:

  1. Kalibrieren Sie die Falle, indem Sie die Probenkammer mit einer bekannten Geschwindigkeit gegenüber dem Fokus bewegen.
  2. Fangen Sie ein Teilchen. Dann erniedrigen Sie die Lichtleistung, bis das Teilchen entkommt.
  3. Messen Sie an einer Zelle deren Steifigkeit.

36.4  Literatur

Stephen P. Smith et al.
Stephen P. Smith, Sameer R. Bhalotra, Anne L. Brody, Benjamin L. Brown, Edward K. Boyda, and Mara Prentiss, Inexpensive optical tweezers for undergraduate laboratories, Am. J. Phys. 67 (1999).
M. Born
Optik, Springer, 1972
O. Marti
Einführung in die Optik
E. Hecht
Optik 2001
Bergmann, Schäfer
Lehrbuch der Experimentalphysik Bd III
Bergmann, Schäfer
Lehrbuch der Experimentalphysik Bd II



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