انبرکهای نوری و مغناطیسی
ابزارهایی که با استفاده از نور یا میدانهای مغناطیسی، یک مهره میکروسکوپی را نگه میدارند تا نیروهای در حد پیکونیوتن را بر روی یک مولکول زیستی منفرد متصل اعمال و اندازهگیری کنند.
Definition
انبرکهای نوری و مغناطیسی ابزارهای تکمولکولی هستند که یک میکروسفیر را با نیروهای نوری یا مغناطیسی نگه میدارند تا نیروهای کنترلشده در حد پیکونیوتن و در مورد مغناطیسی، گشتاورها را بر روی یک مولکول متصل اعمال و اندازهگیری کنند.
Scope
این موضوع دو روش اصلی دستکاری نیرو در بیوفیزیک تکمولکولی را پوشش میدهد: انبرکهای نوری که یک مهره دیالکتریک را در کانون لیزر به دام میاندازند، و انبرکهای مغناطیسی که یک مهره مغناطیسی را میکشند و میچرخانند. این موضوع توضیح میدهد که هر کدام چگونه نیرو تولید و کالیبره میکنند، چه مشاهداتی را ارائه میدهند، و نقاط قوت مکمل آنها چیست، در حالی که باز شدن مکانیکی و تحلیل مسیر در موضوعات همسایه بررسی میشوند.
Core questions
- چگونه یک پرتو لیزر متمرکز میتواند یک مهره میکروسکوپی را به دام اندازد؟
- نیروهای اعمال شده توسط انبرکها چگونه کالیبره و اندازهگیری میشوند؟
- انبرکهای مغناطیسی چگونه علاوه بر نیرو، گشتاور نیز اعمال میکنند؟
- کدام فرآیندهای مولکولی با هر روش بهتر مطالعه میشوند؟
Key theories
- تله نوری نیروی گرادیان
- یک پرتو لیزر با تمرکز بالا، یک نیروی گرادیان بازگرداننده اعمال میکند که یک مهره دیالکتریک را نزدیک کانون نگه میدارد، بنابراین جابجاییهای کوچک نیرو را گزارش میدهند و مهره به عنوان یک دسته کالیبره شده بر روی یک مولکول متصل عمل میکند.
- بررسی نیروی-کشیدگی مولکولها
- کشیدن یک مولکول متصل و ثبت کشیدگی آن در برابر نیرو، به طور مستقیم خاصیت ارتجاعی و گذارهای ساختاری را بررسی میکند، مانند گذار کشش بیش از حد DNA دو رشتهای.
Mechanisms
در انبرکهای نوری، گرادیان شدت یک لیزر متمرکز، یک مهره دیالکتریک را قطبی کرده و آن را به سمت کانون میکشد؛ تله مانند یک فنر نرم عمل میکند، بنابراین جابجایی مهره، که با دقت نانومتری ردیابی میشود، پس از کالیبراسیون در برابر نوسانات حرارتی یا کشش ویسکوز، نیروی اعمال شده را نشان میدهد. در انبرکهای مغناطیسی، یک گرادیان میدان خارجی یک مهره مغناطیسی را میکشد و یک میدان چرخان آن را میپیچاند، که امکان اعمال هم نیروی کششی و هم گشتاور کنترلشده را فراهم میکند. یک مولکول منفرد که بین مهره و یک سطح متصل شده است، به این ترتیب به صورت مکانیکی بارگذاری میشود در حالی که کشیدگی آن ثبت میگردد.
Clinical relevance
اندازهگیریهای انبرکها مکانیک موتورها، پلیمرازها و اسیدهای نوکلئیک را که از نظر زیستپزشکی مهم هستند، آشکار میسازند و بینش آموزشی در مورد مکانیسم مولکولی ارائه میدهند تا توصیههای بالینی.
History
نمایش تله نوری گرادیان تکاشعهای توسط اشکین در سال ۱۹۸۶، که بعدها با جایزه نوبل به رسمیت شناخته شد، آزمایشهای نیروی تکمولکولی مانند کشش مولکولهای DNA منفرد را ممکن ساخت، در حالی که انبرکهای مغناطیسی گشتاور کنترلشده را برای مطالعه پیچش و سوپرکویلینگ اضافه کردند.
Key figures
- Arthur Ashkin
- Steven Chu
- Carlos Bustamante
- Steven Block
Related topics
Seminal works
- ashkin1986
- smith1996
Frequently asked questions
- چگونه نور میتواند یک مهره را در جای خود نگه دارد؟
- یک لیزر با تمرکز بالا، یک گرادیان شدت ایجاد میکند که یک مهره شفاف را قطبی کرده و آن را به سمت روشنترین نقطه میکشد و یک تله پایدار ایجاد میکند که مانند یک فنر کوچک عمل میکند.
- تفاوت بین انبرکهای نوری و مغناطیسی چیست؟
- انبرکهای نوری وضوح فضایی و زمانی بالا و به دام انداختن محکم را ارائه میدهند، در حالی که انبرکهای مغناطیسی به طور طبیعی نیروی ثابت اعمال میکنند و میتوانند مولکول را بپیچانند، که آنها را برای مطالعه گشتاور و سوپرکویلینگ مناسب میسازد.