Optische grijpers/knijpers/houders werken als een soort vingers (afb: univ. van Freiburg)

Handen zijn prima geschikt om voorwerpen te manipuleren, maar worden naarmate een voorwerp kleiner wordt steeds ohandiger. Als we het over micrometers (duizendste mm’s) hebben kunnen handen weinig meer betekenen. Wat doe je als je een paar cellen onder een microscoop hebt en die wil je van alle kanten bekijken? Gebruik dan ‘grijpers’ van laserlicht, bedachten onderzoekers rond Alexander Rohrbach van de Albert Ludwigsuniversiteit in Freiburg (D). In principe zou het mogelijk zijn.
Het schijnt nog niet helemaal voor de bakker te zijn, die lichtknijpers of -grijpers, maar het werk van Rohrbach en de zijnen zou aannemelijk hebben gemaakt dat het manipuleren van microscopische voorwerpen met lichtgrijpers te doen is.
Lichtgrijpers bestaan uit erg geconcentreerd laserlicht. Het voordeel van optische houders tegenover mechanische is dat ze ook werken door transparante materialen.
Optische ‘grijpers’ (ook wel ‘vingers’ genoemd) bestaan al zo’n twintig jaar om licht (fotonen) mee te ‘pakken’, maar die kunnen geen krachten uitoefenen op grotere voorwerpen (ook al zijn die microscopisch klein). Dat zou komen doordat ze niet naar het beste houvast zoeken maar dat ze het ‘voorwerp’ eigenlijk blind aanvatten. De onderzoekers worden geacht die juiste positie te vinden.
“‘Niet blinde grijpers kijken naar wat ze vastpakken en meten en analyseren het licht dat terugkomt van het oppervlak”, zegt Rohrbach. “Wij zien voorwerpen doordat licht er op wordt verstrooid dat op ons netvlies terechtkomt.” Laserknijpers hebben geen last van transparante objecten, maar in de biologie zijn celklontjes of vleugels van fruitvliegjes niet erg transparant, maar gedragen zich als bewasemd glas in een badkamer en dat maakt analyseren lastig.
Het idee is achter het object een snelle camera te plaatsen om het strooilicht op te vangen. Dat dient als ‘referentie’. Hoe asymmetrischer de lichtvlekjes van de afzonderlijke lichtknijpers zijn zoals gezien door de camera, hoe groter de verandering van de brekingsindex op een bepaald punt in het te bestuderen voorwerp. Daar kunnen de grijpers het object vastpakken. Als je het op zijn natuurkundes wil zeggen: polarisatieverandering van het materiaal leidt tot een grotere optische dipoolkracht.

Sterker

Volgens Rohrbach is het verbazingwekkende van het principe van het vaststellen van de beste grijppositie dat lichtstrooiing, dat wil zeggen de verandering van de impuls, veel sterker is in het brandpunt dan ervoor of erachter. Elk van de vijf tot tien houders zou de beste positie moeten vinden om een object in verschillende richtingen te kunnen draaien.

Als een van die houders te veel kracht gebruikt kan dat mis gaan. Rohrbach: “Dat is een hoogst ingewikkeld optimaliseringsprobleem waar we nog wel een paar jaar op moeten puzzelen.” Hij denkt als we daar eenmaal uit zijn, we in principe een contactloze objecthouder zullen hebben die geïntegreerd zal worden in een microscoop (van morgen).

Bron: Alpha Galileo