©Ulm University 2012, Othmar Marti
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36 Optische
Pinzette
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
- Aufbau und Funktionsweise einer optischen Falle
- Einfangen von Teilchen
- Kalibration einer optischen Falle
- Messung der Fallenstärke
- Messung der Viskosität von Wasser
36.3 Aufgaben
36.3.1 Erster Versuchstag:
- Versuchen Sie mit einem Filzstiftstrich auf einem Mikroskopträger den Ort
des Fokuses in Wasser zu bestimmen.
- Stellen Sie eine sehr verdünnte Lösung von 3μm-Polystyrol-Kugeln in Wasser
her.
- Füllen Sie mit einem Tropfen dieser Lösung eine Probenkammer
- Versuchen Sie ein Teilchen zu fangen.
- Kalibrieren Sie die Falle, indem Sie die Probenkammer mit einer bekannten
Geschwindigkeit gegenüber dem Fokus bewegen.
- Messen Sie mit der kalibrierten Falle die Viskosität von Wasser mit
Zusatzmolekülen.
36.3.2 Zweiter Versuchstag:
- Kalibrieren Sie die Falle, indem Sie die Probenkammer mit einer bekannten
Geschwindigkeit gegenüber dem Fokus bewegen.
- Fangen Sie ein Teilchen. Dann erniedrigen Sie die Lichtleistung, bis das
Teilchen entkommt.
- 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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