Novas pinças ópticas podem capturar partículas grandes e de formato irregular
Os pesquisadores desenvolveram pinças ópticas de rastreamento de contorno que podem capturar partículas grandes e de formato irregular, como as mostradas na foto. Os pontos azuis mostram pontos de iluminação enquanto os pontos vermelhos representam os contornos extraídos pelo novo método. Crédito:Laboratório Takahashi-Michihata, Universidade de Tóquio Os pesquisadores desenvolveram novas pinças ópticas que podem capturar de forma estável partículas grandes – cerca de 0,1 mm – e de formato irregular. Embora as pinças ópticas convencionais usem feixes de laser altamente focados para capturar partículas esféricas ou em forma de bastonete em micro ou nanoescala, o avanço pode expandir a captura baseada em luz para uma gama mais ampla de objetos, como grupos de células, bactérias e microplásticos.
“Nosso objetivo é desenvolver um sistema de medição ambiental que possa inspecionar microplásticos individuais em detalhes”, disse o líder da equipe de pesquisa, Satoru Takahashi, da Universidade de Tóquio, no Japão.
“Como os microplásticos no ambiente variam muito em tamanho e forma, começamos desenvolvendo um método para controlar a posição e orientação das partículas, incluindo aquelas que são grandes e de formato irregular.”
Na revista Optics Letters , os pesquisadores descrevem o que chamam de pinças ópticas de rastreamento de contorno. Essas pinças usam processamento de imagem para extrair o contorno da partícula alvo das imagens da câmera do microscópio e, em seguida, moldam automaticamente o padrão de luz de varredura usado para capturar para corresponder ao contorno extraído em tempo real.
“Nossas novas pinças ópticas poderiam ser potencialmente usadas com organismos vivos, como plâncton e células cultivadas em 3D, bem como amostras ambientais”, disse o primeiro autor do artigo, Ryohei Omine.
"Isto permitiria a observação e análise com manipulação precisa, o que contribuiria para uma compreensão mais profunda dos seus comportamentos em vários ambientes. Por exemplo, a análise do comportamento dos microplásticos poderia informar medidas mais eficazes para mitigar a poluição, melhorando assim a saúde humana e a conservação ambiental. " O filme demonstra como pinças ópticas de rastreamento de contorno podem capturar partículas de formato irregular, extraindo o formato da partícula alvo das imagens e alterando automaticamente o padrão de luz de varredura usado para captura. Os pontos azuis mostram pontos de iluminação enquanto os pontos vermelhos representam os contornos extraídos pelo novo método. Crédito:Laboratório Takahashi-Michihata, Universidade de Tóquio Trapping que se adapta
As pinças ópticas convencionais normalmente só conseguem capturar formas simétricas, como esferas e hastes, porque as formas assimétricas ou distorcidas fazem com que as forças exercidas pela luz sobre o objeto fiquem desequilibradas. Isto leva a uma rotação ou deslocamento incontrolável do ponto focal do laser.
As novas pinças ópticas superam esta limitação escaneando o ponto focal do laser ao longo do contorno extraído da partícula alvo, equilibrando as forças ópticas em torno das partículas de formato irregular. Além disso, o tamanho dos padrões de luz de varredura pode ser ajustado automaticamente para se ajustar ao tamanho do alvo, permitindo que sejam usados em partículas maiores que 0,1 mm.
"Embora tenha sido demonstrado que feixes de contrapropagação aprisionam partículas grandes, eles carecem da estabilidade e controlabilidade necessárias para partículas de formato irregular", disse Takahashi.
“Nosso esquema de extração de contorno oferece uma alternativa viável e também pode ser aplicado a pinças ópticas holográficas, que usam moduladores de luz espacial para moldar o feixe de laser em padrões 3D, permitindo assim a manipulação simultânea de múltiplas partículas com alta precisão.”
Capturando partículas muito variadas
Os pesquisadores fizeram as pinças ópticas de rastreamento de contorno integrando uma unidade de processamento de imagem em tempo real com um sistema de pinça óptica manipulada 2D baseado em espelhos galvanômetros. Eles então usaram essa configuração para reter partículas de poliestireno de formato irregular, de 0,05 a 0,12 mm de tamanho, criadas pelo polimento de uma colher de poliestireno com uma lima.
Os resultados mostraram que as novas pinças ópticas poderiam fornecer captura estável de partículas grandes e de formato irregular que são difíceis de capturar usando pinças ópticas convencionais. Isto foi conseguido sem conhecimento prévio da morfologia das partículas e sem a necessidade de iluminação laser dupla face, demonstrando assim a versatilidade e escalabilidade desta abordagem.
Embora os investigadores tenham demonstrado que a captura estável é possível, estão agora a trabalhar para controlar as posições e orientações das partículas precisamente para permitir observações detalhadas de amostras com manipulação activa. Eles planejam fazer isso aprimorando o processo de geração de padrões de luz, incorporando a modulação do formato do contorno com base no movimento das partículas.
