Pinças ópticas foi uma das últimas técnicas a receber o prêmio Nobel em Física em 2018. Metade do prêmio foi para o inventor Arthur Ashkin, com apenas 93 anos de idade. A técnica de pinças ópticas é mais uma ferramenta de espectroscopia de força em escala nanométrica, assim como o microscópio de força atômica, porém com uma série de vantagens. Comparando com o microscópio de força atômica, a pinça possui uma constante elástica da armadilha mais mole, isto permite investigar materiais moles (softmatter), é possível ter mais de uma armadilha em razoável proximidade e inclusive realizar medidas no interior de células.
Para operar a pinça óptica como um microscópio de força, em geral uma microesfera é utilizada como transdutor de força, cujos valores são calibrados utilizando protocolos específicos. Do ponto de vista teórico, é possível conhecer esta força exatamente. Em geral, aproximações são utilizadas para quando a esfera for muito menor ou maior que o comprimento de onda da luz do laser da armadilha. Porém na maioria das vezes a esfera é da mesma ordem que o comprimento de onda do laser, e neste caso um tratamento rigoroso usando o electromagnetismo é o único caminho. Este procedimento é tratado como muito complexo ou bastante trabalhosos por muitos, por isto fomos recentemente convidados a publicar um tutorial, com aspecto didático, de como realizar estas contas passo-a-passo na revista Journal of the Optical Society of America B.
Caso esteja interessado em conhecer mais sobre a Pinça Óptica e o Nobel da Física de 2018, tem um vídeo recente disponibilizado no Youtube durante a Física ao Entardecer no IFT-Unesp.
Acesse Analytical calculation of optical forces on spherical particles in optical tweezers: tutorial
Um nanojato fotônico é uma região estreita e alongada de alta intensidade localizada no lado não iluminado de um micro cilindro ou micro esfera dielétrica. A produção e manipulação de nanojatos fotônicos, vem ganhando importância na ultima década, principalmente para aplicação em técnicas de ultra-microscopia, utilizando sua resolução abaixo do critério de Rayleigh para melhorar a detecção e a interação com a matéria. Exemplos de aplicações são: Aumento do limiar de detecção: Retroespalhamento aprimorado, melhoramento de dois fótons, aumento de até cinco vezes da fluorescência de uma unica molécula. Nano-gravuras: limpeza a seco com laser, gravação em superfície, armazenamento óptico de dados.
Nano jato produzido por um feixe (633nm) altamente focalizado que atravessa uma microesfera de poliestireno (2 micrômetros) em água.
Para estas novas aplicações a pinça óptica é uma ferramenta ideal para empregar esses nanojatos, pois herdaria as vantagens de micro posicionamento de uma pinça óptica. As pinças ópticas tiveram seu desenvolvimento logo apos a invenção do laser. O laser é composto por fótons que possuem momento linear, e estes podem trocar esta quantidade de movimento quando espalhado por um objeto. Dado o alto fluxo de fótons presente nos lasers, estes são essenciais para um instrumento de pinça óptica. O pinçamento se dá por conservação do momento linear do sistema fótons-microesfera. As pinças ópticas atuais, são constantemente empregadas nos campos da biologia, física e química. Prendendo e posicionando objetos mícron ou nanométricos perto do foco de um feixe de laser.
Acima: Ilustração de uma microesfera pinçada opticamente, cujo nanojato fotônico é utilizado para sensibilizar uma superfície (fotolitografia). Os nanojatos são geralmente gerados com um onda plana incidente, porem em uma pinça o feixe é altamente focalizado. Apresentado pela primeira vez, REF, uma analise e esquema detalhado para aprisionar uma microesfera dielétrica, a partir de um par de pinças ópticas configuradas de maneira colineares e co-propagantes, e com um controle de liga-desliga do nanojato. Os nanojatos assim controlados podem manipular moléculas ou nano partículas, alem de utilizar o nanojato como ponta para desenhar em escala nanométricas sobre uma superfície. Mais detalhes no artigo recentemente publicado pelo Prof. Antonio Alvaro Ranha Neves intitulado “Photonic nanojets in optical tweezers“.