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Pinza óptica

Pinzas ópticas
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Pinzas opticas.jpg
Concepto:Herramienta eficaz para micromanipulación.

La Pinza óptica es un dispositivo capaz de captar y mover, por medio de haces láser, componentes de una milésima de milímetro (un micrómetro), mucho más pequeño que el grosor de un cabello.

Historia

Desde el siglo XVII, se conoce el hecho de que la luz ejerce presión sobre la materia en la que incide. Dos siglos después, en 1873, James Clerk Maxwell demostró teóricamente que la luz por sí misma podía ejercer fuerzas ópticas, denominadas presión de radiación.Posteriormente, dentro del marco de la mecánica cuántica, con el trabajo de Einstein y Max Planck, se pudo explicar que la luz también se comporta como un flujo de corpúsculos llamados fotones, que al igual que las partículas materiales, pueden ejercer presión sobre los objetos, e incluso, transferir momento.

La invención del láser en los años 60 produjo un cambio sustancial. Los láseres han alterado el modo de vida de la población y hoy en día se encuentra en todas partes, desde los lectores de códigos de barras a las mesas de operaciones. Los láseres concentran en un área muy pequeña una intensidad de luz muy grande. Este hecho permitió a Ashkin en 1970 mover partículas microscópicas haciendo uso del láser. En 1986 se inventaron las pinzas láser, que son un rayo de luz concentrado que permite sujetar estas pequeñas partículas. Uno de los colaboradores de Ashkin, Steven Chu, usaría las pinzas láser en su trabajo consistente en enfriar y atrapar átomos. Su investigación, junto a la de Claude Cohen Tannoudji y William Daniel Phillips, recibió el Premio Nobel de Física en 1997.

Principio de funcionamiento

El atrapamiento óptico tiene su origen en el Principio de la Conservación del Momento Lineal, es decir, la cantidad de movimiento que cualquier cuerpo posee. Por ejemplo, si una bola de billar viaja con cierta velocidad y se impacta de frente con otra, esta a su vez adquiere el momento y la dirección de la primera. Algo similar sucede con los haces de luz, la cual está compuesta por fotones, las partículas propias de la luz, al ser dirigidas e incidir en otro tipo de materia genera su movimiento.

Pero las características altamente energéticas de un láser son las que permiten el efecto de las pinzas ópticas, pues una vez que la intensidad crece en el foco de una lente de microscopio, todos los fotones se concentran en un área muy pequeña y arrastran a las diferentes partículas que se encuentran alrededor.

Aplicaciones

Las pinzas ópticas han emergido como una potente herramienta de micromanipulación que actualmente cuenta con una banda amplia de aplicaciones en Biología y Física, donde es posible guiar, atrapar y separar objetos microscópicos como una célula usando únicamente luz láser fuertemente enfocada.

Por medio de pinzas ópticas se agarran y manipulan células individuales vivas, sin tan siquiera tocarlas físicamente. Las investigaciones actuales se centran en atrapar virus o incluso moléculas aisladas, pero se necesitarían unas pinzas ópticas mucho más delicadas. Por medio de los láseres se pueden acomodar las células y realizar finísimos cortes en ellas y después introducir material genético. Adicionalmente, también se pueden usar láseres para armar pequeñas máquinas y hacerlas funcionar por medio de la energía de la luz.

A finales de 1980, la nueva tecnología se aplicó a las ciencias biológicas. Se empezó por atrapar al virus del mosaico del tabaco y a la bacteria Escherichia coli. A principios de los 90 fue posible observar la dinámica de motores nanométricos a nivel molecular (como, por ejemplo, el motor molecular que las bacterias usan para propulsarse usando los flagelos).

A principios del tercer mileno hemos llegado al punto en que la manipulación óptica puede manejar partículas y moléculas individuales.

Uso y localización

En México existen pocos laboratorio de micro-manipulación óptica, la mayoría realizan investigación básica, que desencadenará en aplicaciones. Por ejemplo, existe un grupo en el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México, en el grupo de óptica del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior en Ensenad, en Baja California, existe otro. Mientras que en España, existe un proyecto multinacional del grupo de nanofotónica del Instituto de Ciencias Fotónicas. Entre otros sitios donde se pueden estudiar y trabajar con las pinzas de luz.

Fuentes