Laboratoi optickych mikromanipulainfch technik upr Av eR

PavelZEMANEK, Petr JAKL, Jan JEZEK,Mojmir SBRY, vitczslav KARASEK, Tomrii iIZtrAn,
Martin StI-pn
Laboratoi optickychmikromanipulainfch technik upr Av eR
Piispdvek jednoduie vysvdtluje silovd tiiintq svdtla, podtivti struini historicbj piehled opticlcych
mikromanipulainich technik a preT,entujendkterd vysledlcy,kterjch bylo v iito oblasti dosai.eno'v
Ciska ,rpr61ir"
Laboratoie opticklch mikromanipulainich technik (OMITEC - viz. www.isibrnct.cz/omitec)
byly
zaloieny pied deseti lety dfky vstiicnosti vedeni lPT AV aR pro zcela novy smdr v rdmci tehieiliho
odddleni kvantovlch genertitorfi svdtla. Diklt pochopeni prof. U. tilt y z L/s,tavufiziktilniho
inienlrsni
Fctkl'tlt! strojniho inienlrstvi vUT v Bmd a z.avydatnd pomi.ocistucleitfi vS
zaiii intenzivnl vizkim na
problematice interakci koherentniho laserovdho svdtla s hmotnlmi objekty.
Tentctvlzkum ie rllcd tli
aikladnich problematik - bezkontaktnich manipulaci s mikroobjeity a nanoobjekty, miiroablaci a'vyuiiti
fo topo lyme rac e k vy tv dy'eni mikro st ruktur.
iady vjsledkfive spolupr6cis ruzem- v'jraznd,men5ineZvlnov6 d6lka zm6ni smdr(rozptfli) pouze
, Bdhemlet bylo dosaZeno
d6st
skymipracovi5ti(UFI FSI VUT - prof.M. Li5ka,doc.R. Chmelik. fotont ve svazku,coLd6lesniZuje
fdinnostmetody.
LF MU - prof.R. Janisch,dr.Z.Morav(ik, BFU AV CR - doc.S,
Fokusovanfchsvazkt lzerovndZvyuZitk vytv6ienimikrostruk_
Kozubek,ing. E. Luk65ovd,FI MU - doc. M. Kozubek,KO Up
tur di mikroobjektripokudje laserov!svazekzacilendo roztoku
Olomouc- doc.Z. Bouchal,Meoptaa.s.)i zahranidnimipartnerv monomeruabsorbujiciho
na vhodn6vlnovdd6lce.pii bdZn6foto_
(EMBL Heidelberg, Univ. Texas- prof. E.-L.Florin,dr. A. Jonai, polymeracije vlnov6
d6lkazvolenatak,abyodpovidalamaximiilni
citlivostimonomeru.Pii dvoufotonov6
!J1iv. di Napoli prof. A. Sasso,Univ. St. Andrews- prof. K.
polymeracisezvoli vlnov6
Dholakia).Tato problemarikaje.nad6le rozvijenadiky iinandnf d6lkadvojnrisobn6
a k fotopolymeracipak dojdepouzev oblastech,
podpoieAV CR a projektfimGACR, GAAV MpO a EU.
kdeje dostatedn6
optickiiintenzitak vybuzeniabsorpce.Lze tak
dosrihnoutjemndj5ichstruktur,dokoncei meniich ne| je poulit|
ELEMENTARNf UvoD Do SVETELNYcH INTERAKCf
vlnovdd6lka[1].
..Bezkontaktnimanipulaces mikroobjektya nanoobjektyvyuLi_
vaji pienosuhybnostize svdtlana objekt.Velikosthybnostijednoho HISTORICKV PNEHLED
EXPERIMENTALNiCH REAL IZAC1
fotonuje dilnah/),, kde h je planckovakonstantaiA,AZee-Z+
I s;, vYUZivAJTCicu
sIIovVCH
UEINKUsvrTLA
), je vlnovl d6lka.Jedn6seo hodnotunesmimdmalou,jak demonPrfikopnikemna tomtopoli byl dr. Arthur Ashkinz Bellovfch
struje ndsledujicipiiklad. Jedenforon odraLen!od objektuna ndj laboratoifv Holmdel
[2]. Bdhem70. a 80. let uskutednilzfukladni
pienesedvojn6sobek
sv6hybnosti,coZpro vlnovoud6lku532 nm typy experimentri- optick6urychleniobjektfl v jednom
laserov6m
dini piibliZnd2,5e-27kgmls.Piedpokl6d6me-li,
Zeobjektjev klidu syyk_u,prostorov6zachyceniobjektfi ve dvou protibdZnychsvaz_
a projednoduchostzanedbiimezmdnufrekvencez6ienipii odrazu, cfch,levitadniuspoiiid6ni,zejm€,na
viak dnesiiZ klasickouiedno_
dostanemeze zlkona zachovilnihybnosti pro rychlost objektu svazkovoupastnazyvanoutdZ
optickri/laserovd
pinzeta.piovedl
po sri{Zces.fbtonema jeho odrazuv = 2 hl(L m). pro tdZkj objekt zachyceniobjektfive
5k6levelikostiod desireknanometrupo desitkv
o hmotnostiru = I kg dostaneme
nepozorovatelnou
hodnoturychlosti mikrometrfta rovnditk6zal,Ze pomocilaserovlpinzety lLe wlznit
=2,5e-27rn/s,pro sklendnoukulidkuo prrimdruI pm a odpovidalici i Ziv6
objekty- buiky, viry a libovolndje piemisfbvat.V nrisleduiici
hmotnostiI ,3e-l5 kg budeuddlendrychlost| ,9e-l2rn/sa zcelahy- iadd experimentriprok6zaljedinednost
t6to metody zejmdnapii
potetickyatomvodikuo hmotnosti1,67e-27kgbyziskalpo odraiu zdsazichuvniti Zivyich
bundk,pii manipulacichse subbunddnjmi
jedin6hofotonu rychlost l,5m/s. Je tedy viddt, Ze podetfotonfr, strukturami,
nebopii studiuelasticitycytoplazmyrostlinnychbu_
potiebnj pro pozorovateln6manipulaces mikroobjektydosahuje ndk.Dal5imkvalitativnfm
krokembyla kombinaceoptick6pinzety
vysokychhodnot.Jakdhodnotyv5akjsodexperimentdlnd
dostupn6? a syst6mupro detekcipolohy zachycenlhoobjektu
poaiflo sL
PropfedstavuuvaZujmelaserovysvazeko vlikonup = I mW.pokud detekovatvfchylky s nanometrovoupiesnosti tjl.
a takto obohacend
budemeopdt uvaZovatvlnovou d€lku 532 nm ziistime.ie kaLdou optick6pinzetazrodilanovf smdr
ve vyuZitilaseruv biologii prov6_
sekunduprochdzipomyslnouplochoukolmouke svazkuN = p A I
zenyvlnoupievratnfchexperimentri
trvajicido dneSnich
dnri,ldn ,"
(h c) =),7s15 fotonfr.Pokudbychoui.bylischopnisoustieditvSechny na molekul6rnirirovni
studujez6vislostsily a d6lky kroku ruznych
tyto fotony tak, aby seodrazilyna vj5e uvalovan€.
sklendn6kulidce molekuliirnichmotorfr,enzymirnukleovfch kyselin, mechanitk6
o pr{lmdruI pm, kulidkaby semohlapohybovatrychlostindkolika vlastnostimikrotubul&,aktinovlch
vldken a DNA t4,51.protoZe
km/s! JestliZezniimepodetfotonfi,kter6seza ls odrazina obiektu. jednotliv6 molekuly jsou piili5
mal6 na zachyceni,vyuZivalo se
mriZemesnadnoodhadnoutsilu,jakou tyto fotonyprisobina otjekt.
mikrokulidekzachycenfchv optick6pinzetda soudasnd
nav6zanfch
Tato sila je diselndrovna celkov6zmdndhybnostibdhem ls, tedy na koncestudovanfchmolekul6mfch
vliiken.
F = N 2 hl)" = P ), /(h c) 2 hl), = 2P/c. Pro vVIe uvaZovanddiselnd
Paralelnds rozvojembiologickychaplikacidochdzeloi k modifi_
hodnotydost6v6me
F = 6,6e-l2 N= 6.6pN. Srovniimelitutoiakkoliv kacimsestavyoptick6pinzety.Byly navrZenyzptisoby,jak generovat
titdrnouhodnotus tihovou silou uvaZovan6sklendndmit<rokUieky viceoptickychpasti(ohniseklaseru)jednak
zvyienim podtusvazkri,
G = l,3e-14Nzjistime,Zeje t6mdi300xvdt5i.Taktolze realizovit rozddlenimjednoho svazkuna vice
napi. polarizadnimddlidem,
optickoulevitaciobjektri.Tyto elementftmiiv ahynaznaduji,
ie ma- mffZkou,hologramemneborychlymipiebdhyjedin6hosvazkumezi
nipulaces mikroobjektypomocidostupnfchlaserovychzdrojfijsou optickfmi pastmi V poslednidobd
tdmtonatomtopoli dominuje
[6].
reiiln6.Jak ul.tob!v6, redlnysvdtneni tak piejici adochiizi k iadd metodapoditademgenerovanSich
hologramri,kter6jsou realizovfiiy
protivenstvi.NejvyrazndjSi
je skutednost,
ZeobjektneodriiZifotony prostorovymimoduldtorysvdtla.Dos6hlasnadneiwjsiho stuond
zpEt,n'fbri polze zmlni jejichsmdr (lom svdtla).Timje vyuZitpouze univerz6lnosti,
protoZeumoZnujevyNofit libovolnypodetoptickjch
zlomekhybnostifotonri k pienosuna objekt.Dalii ztrlty nasidvaji pasti(omezenlivfkonem laseru),
umistdnlichlibovbhd v prostoru
pii fokusaci svazku.Fotony lze principielnd soustieditpouze db
a navicumoZiujetyto parametrydynamickymdnits frekvenii danou
stopysrovnateln6
s vlnovoud6lkoupouZit6hosvdtla.pokudje objekt moZnostmiprostorov6homoduliitorusvdtla
[7,g].
dnn@
1/2006
Jednouz dal5ichmimoiddnjch modifikaci optick6pinzetybyla
jeji kombinacese zaiizenim oznadovanfmjako opticky skalpel
nebooptick6nfiZky.Jednr{seo fokusovanf svazekpulsniholaseru
Bdhem
s takovouvlnovouddlkou,kterdjeobjektemabsorbovdna.
doby trv6ni pulsu (ednotky ns aZjednotkyfs) dochdzik ptudk6mu
ohiilti zasal,en6oblasti vedouci aZ ke vzniku Dlazmatna ablaci
oblast
materi6lu.iim krat5ije dobapulsu.tim menSije neoz6ien6
kterd je tepelnfmi efekty ovlivndna.Takto kombinovanyn6stroj
pak pomoci laserov6hosvdtlaumoZiuje nejen zachyceniobjektu
ale i jeho n6slednoumodifikaci[9].
V poslednidobdlzevysledovatrenesancioptickychmikromanipuladnichmetodv souvislostis iadoukomerdnddostupnjchnicm6nd
drahlchzaiizeni(Cellrobotics,P.A.L.M.,Elliot, Atryx). Objevujise
nov6experimenty,kter6nevyuZivajiklasick6hosch6matumanipulacejednohosvazkusjednoud6stici,alenapi.organizacetepeln6ho
pohybumnohad6sticv Sir5ichsvazcich,generov6nimnohaoptickfch pastia vytv6ienikoloidnichkrystaltrI I 0] di svdtlemvizan'jch
uskupenimikrometrovjchobjekttrfl 01,tiiddni koloidi v optickych
miiZk6ch (periodickd interferendnistruktufe) [ l], experimenty
polich ll2l, vyrliti neklasickfch
v nez1ilych (evanescentnich)
svazkfr* nedifrakdnichdi virovych ajejich pouZitik dopravdsubmikrometrovjchobjekttraZna milimetrov6vzd6lenosti[13],pienos
momentuhybnostize svdteln6hopolenaobjektyndsledovan6jejich
mikrorotorfr[ 5],
roztodenim[14],konstrukcisvdtlempoh6ndnych
syst6mt[16].
di svdtlemiizenychlab-on-a-chip
byly nalezenypostupyjak promdiit prostorov6rozloleni optick6
intenzity v blizkosti ohniskapole s vyuZitim vl6knov6nanosondy
obarven6sondy,kter6byla trojdimenzion6lnim
[17] di fluorescendnd
nanoposuvnym
stolkem rastrov6napies svazek(viz obr 4 na 3. str
obdllq). Pulsni laserbyl vyuZit k laseremindukovan6fizi iiv!'ch
bundk a studiu pierozddlenichromatinuv j6drechbundk [18,19]
a k destrukdnimmikroz6sahfimuvniti Zivjch prvoktt [20].
sestavaoptick6pinzetys piesnou
K dispozicijed6lesamostatn6
objektuvyuZivajicikvadrantnihodetekdetekcipolohyzachycen6ho
toru di dvoufotonov6fluorescencegenerovan6obarvenousondou.
ProtoZemikroposuvn6stolky komerdnichmikroskoprinejsoupo
dobu ndkolika minut dostatedndstabilni v ii{du mikrometru,bylo
pouZitovlastniuspoi6ddni,
kter6umoZiujepiesnEmdiit sily prlsobici
nazachycenyobjekt- svdteln6obdobaAFM (mikroskopumeziato-
A2
D
M|7
7
til
,il t,/
!t
t,_t
' ' ,.rtl
PBSI
r',
lt
!
M3
t.
v
r
_-a
)
_:- M2
L:l,r )
1_ASltR
PBS2 l"/4
', -7
iHtl
i l
j
REALIZOVANE SYSTEUY
Obr. 7 Sestavasvdteln6hodopravnikuvyuZivajicihoprotibdZnych
kombinovaniisestava
V laboratoiichOMITECu byla zbudov6na
nedifiakdnichsvazkfi. LinedrnEpolarizovan! svazeklaseru
generovata polo- (CoherentVerdi V5, 5 W l. = 1,070pm) je natodenprilvlnou deskou
vicendsobn6
optick6pinzetyumoZiujicipoditadem
a rozdElenoolarizadnimddlidemsvazkuPBS1. ZrcadlemMl ie
hovatdvd st6l6nezfvisl€optick6pastinebondkoliksdilenfchopticna axikon A1, za kterym vznikii nedifrakdnisvazek,ktery
kfch pastivytvoienjch rychlfm pieskakov6nimlaserov6hosvazku. smdrovdn
je teleskopemTl zmenSenna prrimdrj6dra2 Stm.ZrcadloM2 vede
Toto zaiizenije kombinovdnos ultrafialovymoptickjm skalpelem svazek na polarizadni ddlid PBS2, kterj odrazi
svazek pies dtvrtvl(viz obr l. na 3. str obdlky).Cel6 sestavavyuLiv| invertovan6ho nou desku na pohybliv6 zrcadlo M3. Odtudje odraZenzpEt,prochlzi
mikroskopuOlympusIX70 doplndn6hoklimatizovanlmboxempro
pies PBS2 na axikon A2 a vznikl'! nedifrakdni svazekje zmen5en
experi- na pnimdr jridra 2 1tm.Oba svazky interferuji v kyvetd C. Kyveta je
dlouhodob6
uchov6niZivjch vzorki. Byla provedenaiada
pozorovdnaobjektivem s dlouhou pracovni vzdrilenosti
mentrike kvalitativnimui kvantitativnimupopisumanipulacis na(Mitutoyo M Plan Apo SL, 50x / 0.42) a CCD
(viz
(viz
obr
noobjekty
obr 2) di mikroobjektyuvniti Zivfch bundk
svazku
3 na 3. str obdllq). Prokvantifikaciparametrfifokusovandho
5.72
5.28
4.84
4.40
3.9
3.52
E 3.08
'3 z.aq
2.20
1.76
1.32
0.88
0.44
0.00
Obr.2 Polystyrdnov6nanokulidky o prtrmdru 100 nm zachycenl
v optick6 pasti piibliZnd I pm nad podloZnim sklem. Celkovy vykon
v rovind vzorku byl 7 mW a numerick6 apefturafbkusadnihoobjektivu byla 0,6. Kzobrazeni byla vyuZita metoda temn6hopole. C6st
(a)?obranle dva objekty ,,1" a,,2" zachycendve stejn6optick6pasti.
Sipka oznadujenepohybliv! objekt leZici na dnd, kter! byl spolu
s podloZnim sklem piesunut, zatimco oba zachycen6objekty zristaly
na stejn6m mistd obrazu. Objekt ,,3" se pohybuje n6hodndprosfedim,jak nazna(uji zmdny vjeho ostrosti, a v d6sti (c) byl zachycen
do optick6 pasti a spolednds objekty ,,1" a ,,2" v ni ztstdvd zatimco
nepohyblivj objekt oznadenj Sipkou sleduje pohyb podloZniho skla.
V d6sti (d) byl chytaci svdtelny svazekvypnut a vlechny tii objekty
tepelnfm (Brownovym) pohybem opustily oblast optick6 pasti
8
20 40 60 80100120
z [$m]
Obr. 8 Vfiez ukazuje sedm polystyr6novfm kulovjch objekti
o prtmdru 200 nm, kterd byly zachyceny do dvou protibdZnych
interferujicich nedifiakdnich svazkri (stojat6 nedifrakdni vlny).
Zmdnou f6ze jednoho svazku bylo dosaZenopiesouv6ni cel6ho
ietdzce intenzitnich maxim a minim stojatd vlny, do kterlch byly
objekty zachyceny- jak je naznadenov jednotlivych i6dcich.
S ohledem na zobrazovaci syst6mje na jednotlivych i6dcich tkdztn
obousmdrnj piesun objektir v maximdlni d6lce pouze 50pm,
ale sestavaumoZilovala piesun aZ o I mm
Jnn@
1/2006
log ^ U [kBT]
35
3
2
sondyv blizkostipovrchu[21],kdy seprokiizalnezanedbatelnf
vliv
slab6odraZen6
vlny od povrchu(koeficientodrazivostibyl 0,4%)na
polohusondy.S vyuZitimvlastnichteoretickfchmodehipro choviini
ruzndvelkjch objektt ve stojar6vlnd 122,231se
podaiiio prokLzat,
Zetentoefektlze ddstednd
potladitvhodnouvelikostisondy.
SOUdASNV
SMERvYvoJE
Narozdil od ndkterychlaboratoffv Evropd,kter6sez ab,fiali zdoko_
naloviinimjiZpopsanlchaplikacidastozapomocidrahlichkomerdnich
1
r00
200
300
syst6misenii5tfm vydalcestouhlediininovfch aplikacivychazejicich
400
500 600 7oo 8oo 9oo 10oo
z fy zikdlni p odstatyfenom6nuoptickychmikromanipuhti.
Ze soudasnfchaktivit lze zmintt realizacioptick6hodopravnfl<u
Obr. 9 Teoretick6vysledkyhloubkyoptickdpasrivyrvofendinrer_
na.bfai stojaf vlny v nedifrakdnimsvazkut12l (viz obr 7 _ sestava).
lerencfdvou protibdZnych
neziiiivychvln vzniklychdopadem
Jakoprvni nasvdtdjsmerealizovalin6stroj,kteryumoZiujedopravovat
dvou
'Ie
rov.fnnychvln na hranolpod vdtSimiLihlyneZmeznfmi. zobrazena
objekty o prumdru200 nm na vzdiilenostaZ I mm. Diiy unikdtnim
zavrstoslhloubkyq3:ri (v logaritmick6stupnici)na prrimdrupoly_
nedifrakdnfrro
svazku-jeho schopnosti
rekonstrukce
styr6nov6ddsticea (hlu dopadurovinndvlny na rozhranihranbl_vo_ vlastnostem
za
piekiiZkoureprezentovanou
- 1emoLn€naiednou
zachycenou
du
dristic
i
hloubky
pasri
p1qduji
33
kT.
zai00
kT.
333
kT.
t000
kT
5q1,}]l
chytita dopravirs mikromeffovoupiesnostii viie objekrrif vizobr g1.
and JJJJ kll Polarizaceobou svazktjsou kolm6 k rovind dopadu
(rovnobdZnds.povrchem.
hranolu),amplitudaelektrick6hop'oie
Dal5im unik6tnfmexperimentemje realizacestojatdvlny interfe.
ledne rovinnd vlny od.poviddgaussovsk6musvazkuo vlkonir tW
rencidvouprotibd,Znj'
ch nez6iiv!ch poli v zniklf ctrpii tot6lnimod_
fbkusovandhodo pasu 1 pm (E^ = 200 y lm)
razusvazkt na neosvicendstrandhranolu.Zm6nouf6zeiedn6z vln
jsme opdtdos6hlipohybuintenzitnichmaximspolusezachycenymi
objektypo povrchuhranolu.Soudasnd
sepotwdily naie teoretick6
predikce,ohledndrrizn6citlivosti objektrina stojaiouvlnu v zdvis_
0.64
losti na jejich velikosti. Prok6zalose,Ze objekiy jistych velikostf
0.56
nejsou stojatouvlnou silovd ovlivndny, kdeZtoostainf podl6haji
0.48
jejimu vlivu (viz obr 9). VyuZilijsme t6to vlastnostike k-onstrukci
unikdtniho mechanismu,kte{m jsme pouhfm svdtlem dokilzali
0.40
podle velikosti roztiidit submikrometrov6objekty (viz obr t0).
E
p 0
V poslednfdobdse zdafilouskutednitndkolii<experimentfina
poli
fotopolymerace.
Bylo navrZenoa zkonstruoveino
0.24
poditadem
jehoZ
iizend
zaiizeni,
s
pomocijsme schopnivytv6iet rozlidnd
;.^
prostorov6mikrostruktury(viz obr I t ) a nlslednlje vyuZit napi.
pii experimentech
ve svdtlemovl6danfchmikrosyst6mech.
0.08
1.5
000
I
12 '16
z [pm]
Obr. l0 Piiklad svdteln6hotiiddni koloidnich dristicpodlejejich
velikosti. Vdt5i ddsticenecitf stojatouvlnu a isou vdtjih radiadnim
tlakem tlaieny-doleva (naklondn!je zpfisobenovdtSioptickou inten_
zitou svazkujdoucfho zprava).Jr4endidristice je zachyienado stojatd
a,principemsvdtelndho
jsou pohy6livoustojatou
lopravnfku
v ,vlny
Inou piemfstbvdny.doprava.Obriizek
vlevo uk-azujeexperimentiiln i
tifddni polystyr6novSTch
kulovych ob.iektrio prrlmdru750 nm
(doleva)a 350 nm (doprava,)
movych sil), kter6 se nazjvd,,fotonickf silomdrnf mikroskop.,(pho_
tonic forcemicroscope) (viz obr 5 na 3. str obaifu\. Byl vyuZii pro
mdieni profilu nepiistupn6ho povrchu ajeho rozli5eni dos6hlo 25 nm
(vizobn 6 na 3. str obdllq).Dal5ijeho aplikacibylo srudium chov6ni
zAvf,n
Uveden!strudnfpiehlednastinilhlavniprincipsilovychinter_
.
akci amezni podiny v mezinfuodnimindrodnimmdiitku v oblasti
optickychmikromanipuladnich
technik.V poslednichletechvyris_
tily v iadu aplikaciv biologii, koloidnf chemii,svdtlemovlddanVch
mikrosyst6mecha jistd naleznouuplatndnii ve vyvijenjch lab_tn_
-a-chip fluidnich syst6mechschopnychprovriddt
rycill anallzy
stopovich mnoZstvivzorkri napi. pro potieby l6kaistvi.
Poddkovdnf
4kly4lyl yltledky byly dosaleny diky podpoie projektfi GAAV
i, IAA1065203,KJ82065404,MPO i. FT-TA2/059,EC 6FP NEST
ADVENTURE (ATOM -3D s 05952).
Literatura
[1] KawataS., SunH. B., TanakaT. and TakadaK.2001. Finer
featuresfor functionalmicrodevices.
Nature 412:6gj _69g.
casov6 sekvencevytvdieni trojdimenzion:ilni spirzily o prfimdru 4 pm_astoup:ini 4 pm pomoci
fokusovan6ho laserov6hosvazku
o vrnovddelce 5j2 nm a vykonu vstupnihosvazku 1,5^w zrortoiuNoA63
dmno 1/2006
9
l2l
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
Ashkin A., 2000, History of optical trapping and manipulation
of small-neutral par-ticle, atoms, and molecules, IEEE J. Sel.
Top. QuantumElectron 6: 841-856.
Svoboda K., Schmidt Ch. F., SchnappB. J. and Block S. M.
1993.Direct obseryationof kinesin steppingby optical trapping
intetferometry. Nature 365: 72l-7 27.
BustamanteC.,BryantZ.,and Smith S.B. 2003.Tenyearsof tension: single-moleculeDNA mechanics.Nature 421: 423-42'7.
Mehta A. D. et al. 1999. Single-moleculebiomechanicswith
optical methods, Science 283:. 1689-1695
Lang M. J., Block S. M. 2003.ResourceLetter:LBOT-l: Laser-basedoptical tweezers,Am. J. Phys.Tl:201-215.
Grier D. M., Roichman Y. 2005. Holographic optical trapping,
arXiv : cond- mat/0506284
Rodrigo P. J., Daria V.R., GluckstadJ. 2005. Four-dimensional
optical manipulation of colloidal particles.Appl. Phys. Lett. 862
074103.
Greulich, K.-O. 1999, Micromanipulationby light in biology
and medicine,BirkhauserVerlag,Basel-Boston-Berlin.
TatarkovaS. A., CarruthersA. E. and Dholakia K. 2002. One-dimensional optically bound arrays of microscopic particles.
Phys. Rev.Lett. 89: 283901.
MacDonald M. P et al. 2003 Microfluidic sortingin an optical
lattice. N ature 426: 421-424.
[14] Friese M.E.J. et al. 1998. Optical alignment and spinning of
laser-trappedmicroscopic particles. Nature 394: 348-350.
| 51 Terray A., Oakey J. and MarrD.W.M. 2002. Microfluidic control
using colloidal devices.Science296: 1841-1844.
[16] Rodrigo P. J. et al. 2002. lnteractive light-driven and parallel
manipulation of inhomogeneousparticles. Opt. Express lO'.
I 550-I 556.
[ 17] J6k1P.,Jond5A., LazarJ., Cip O., Hama 2., Li5ka M., TomilnekP.,
Measurementof submicronlaserbeamprofiles
ZemdnekP.2O0O.
using nanoprobes.Proc. SPIE 4016:309-314.
[18] JeZekJ., PalSaS., Luk65ov6E., Kozubek S., JAkl P.. Sery M.,
JonriSA., Li5ka M., Zem6nekP.2002. Spatial structureof chromatin in hybrid cells produced by laser induced fusion studied
by optical microscopy. Proc SPIE 5036:630-634.
t19l J;zei J., Pal5as., iuMsova E., Kozubek s., J6kl P., Ser! M.,
Jon65 A., LiSka M., Zemdnek P. 2003. Employment of laser
induced fusion of living cells for the study of spatial structure
of chromatin. Proc. SPIE 5259: 336-340
[20] Moravdik 2., JanischR., JeZekJ.,ZemdnekP. 2003. Response
of infusorian cells to injury causedby a lasermicrobeam.Scripta
Medit'a76: 149-161.
t21l J6kl P., Serj M., JeZekJ., Jonr45A., Li5ka M., Zemdnek P. 2003.
Behaviour of an optically trappedprobe approachinga dielectric
interface.Journal of M odem Optics 50: 16 I 5- I 625.
DholakiaK, Spaldingc.C.2005 Extended- l22l
[12] Garc6s-ChdvezY.
-areaopticallyinducedorganizationof microparticles
on a surLett.86:031106.
Phys.
face.Appl.
l23l
t13l Ci2mriiT.,Garc6s-ChitvezY.DholakiaK,ZemdnekP.2005.
Opticalconveyorbelt for deliveryof submicronobjects.Appl.
Phys.Lett.86:174101.
Zem6nekP.,Jon6SA.,Li5kaM.2}l2.Simplifieddescription
standing
wave.
in theGaussian
ticalforcesactingona nanoparticle
A19: 1025-1034.
JournaloftheopticalsocietyofAmerica.
ZemanekP.,Jon65A.,JdklP.,JeZekJ.,SeryM.,Li5kaM.
by standingwave
ofopticaltrapscreated
comparison
Theoretical
Commun.220:401-412'
andsinglebeam.Opt.
Ph.D, Ing. PetrJdkl,Ph.D.,Ing. JanJeZek,Ph.D..Ing. Mojmir Sery,Mgr. VitdzslavKar6sek,
Doc.RNDr. PavelZem6nek,
Mgr. Tomiis CiZmaqMgr. Martin Siler, Ustav piistrojov6technikyAV CR, Krillovopolsk| 147,61264 Brno, e-mail: [email protected]
Libor DUPAK, JanDUPAK, Martin ZOBAa,Ustav piistrojov6 technikyAV eR, Brno
Vytvdieni jemnych otvorfi do kiemenn6hoskla pomocf
elektronovdhosvazku
Tentoildnek ukazujemoZnostimikroobrtibdnipulsnlm elektronovjmsvazkempli vyndleni jemnlch
otvorfi do klemenndhoskla. Je demonstovdnvliv rfiznlch parametrfi elektronovdhosvazku(proud ve
napdttbylo 50 kV proud ve svazku0,1- I mA, dilka
svazku,zaostfeni,ddlkapulsu).Pouiitd urytchlovac{
pulsu I5-150ms. Velikostvytvofenlchotvorfisepohybovalalddovdod I011tmdo l00mm na strand
dopadajicihosvazkua 10aai 1011tmna protdjii strand(pfi tlouifce destiilcy0'7 mm)'
1. UVOD
Jednoumiilo znlmou moZnostivyuZiti elektronov6hosvazkuje
mikroobr6bdni []. Je to technologie zaloLendna ohievu materi6lu
pii kter6msejejich kinetickdenergie
dopademurychlenfch elektronr3r,
piemdni na teplo (obr I). Pii tom je tieba dosiihnouttakov6hustoty
svazku,abydoSlokodpaienimavlikonuv mistddopaduelektronov6ho
teri6lu.Tim sevytvriii kiiter. Jehorozmdrypostupndnarustajis dal5imi
dopadajicimielektrony.Rychlosta tvar z6visina parametrechsvazku.
V rr4mciprdcel2l byly provedenyrivodni experimenty,kter6
mdly zjistit moZnostiobr6bdnirirznfch skupin materi6hipomocf
elektronov6hosvazkusesoudasnimzaffzenima vytvofftakziklad
pro piipadny da15irozvoj t6to technologie.
Vhodnll materi6l k obrdbdnielektronovym svazkemje kiemenn6sklo, protoZem6 velmi nizkou teplenouvodivost atizkou
roztaLnost.Nizk6 tepelniivodivostje dtlJelit{, nebot'teplo se nerozvddi ve velk6 miie do okoli a je vyuZito k odpaienimateri6lu.
Dal5i vjhodou pro analfzu vzniklfch otvorrije pruhlednostskla,
nebottvar vznikl6ho otvoruje viddt pod svdtelnymmikroskopem
skrz sklo a neni tedy nutn6ddlat vybrusy.
10
--.----
X
X
w
w
katoda
iidici eIektroda
magnetickd
doika
vychylovacicivky
Obr. 1 Princip mikroobr6b6ni
Jnn@ 1/2006