Ny upptäckt förbättrar användningen av den optiska pincetten

Illustration: Laura Perez Garcia

– Jag fick idén under ett besök vid Universidad National Autónoma i Mexiko förra året. Det visade sig att deras labb redan hade all data som behövdes för att bevisa att den här nya metoden fungerade, säger Giovanni Volpe, universitetslektor vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet.

Optiska pincetter uppfanns i slutet av 1980-talet. De kan beskrivas som ljusstrålefingrar som kan gripa tag i partiklar, atomer, molekyler, till och med bakterier och andra levande celler. Tekniken består av optisk laser med förmågan att till exempel kunna hålla fast en enda cell, utan att skada den. På så sätt går det att utföra väldigt precisa mätningar.

Lyckats förbättra mätmetoden

Utmaningen med den optiska pincetten har legat i att den optiska lasern måste kalibreras exakt. Det innebär att forskare som använder en optisk pincett behöver veta exakt vad de vill titta på, och på vilket sätt, för att kunna göra de detaljerade inställningar som krävs innan mätningarna ska börja.

Med hjälp av den nya upptäckten, som idag presenteras i den ansedda vetenskapliga tidskriften Nature Communications, kan tekniken bli avsevärt mycket enklare att använda.

– Vi har lyckats ta fram en mätmetod som är mer exakt, men samtidigt använder tio gånger mindre data och är hundra gånger snabbare än de metoder som finns idag. Detta betyder att metoden blir helt automatiserad och inte kräver några förinställda parametrar för att fungera, säger Giovanni Volpe.

Kan användas inom läkemedelsindustrin

Metoden innebär att den optiska pincetten nu kan flyttas ut ur fysiklaboratoriet och börja användas inom exempelvis läkemedelsforskning.

– Personligen blir jag mest exalterad av att den nya metoden gör det möjligt att studera system som inte befinner sig i jämnvikt, system som är i förändring. Vi kommer kunna mäta fenomen som vi tidigare känt till men inte kunnat se, säger Giovanni Volpe.

Optiska pincetter kommer enligt forskarna nu att kunna användas i biologiska applikationer för att mäta extremt små krafter. Metoden öppnar även upp för möjligheten att analysera så kallade extended force fields.

Laura Perez Garcia, som står som första författarnamn till den vetenskapliga artikeln i Nature Communications, har nu börjat som doktorand på institutionen för fysik vid Göteborgs universitet.

– Jag är stolt över att kunna presentera den här upptäckten. Resultatet kommer tack vare ett gott internationellt samarbete, som dessutom lett till att jag precis flyttat till Göteborg och blivit en del av Giovanni Volpes forskargrupp, säger Laura Perez Garcia.

Fakta optiska pincetten
Verktyget uppfanns av Arthur Ashkin och förverkligade hans science fictiondröm – att utnyttja ljusets strålningstryck för att flytta på fysiska objekt. När Arthur Ashkin lyckades få laserljus att knuffa små partiklar mot strålens mittfåra och hålla fast dem var den optiska pincetten född. Ett stort genombrott kom 1987, då Ashkin fångade levande bakterier med pincetten utan att skada dem. Omedelbart satte han igång studier av biologiska system. I dag används den optiska pincetten brett inom forskarvärlden.

Kontakt:
Giovanni Volpe, institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, telefon: 031-786 91 37, mobil: +46 70 996 61 81, e-post: giovanni.volpe@physics.gu.se

Artikelns namn: High-Performance Reconstruction of Microscopic Force Fields from Brownian Trajectories
Länk:https://www.nature.com/articles/s41467-018-07437-x

Foto:
Giovanni Volpe, fotograf Malin Arnesson.
Laura Perez Garcia, fotograf Alessandro Magazzu.
Illustrationer: Laura Perez Garcia
Bildtext illustrationer: En partikel i så kallad Browns rörelse som utforskar ett slumplandskap skapat av ett mönster ljusfläckar, ett så kallat speckle pattern. Specke patterns bildas när ljus träffar en ojämn yta.