ES2387368A1 - Metodo y aparato de medida de las fuerzas opticas que actuan sobre una particula - Google Patents
Metodo y aparato de medida de las fuerzas opticas que actuan sobre una particula Download PDFInfo
- Publication number
- ES2387368A1 ES2387368A1 ES200901259A ES200901259A ES2387368A1 ES 2387368 A1 ES2387368 A1 ES 2387368A1 ES 200901259 A ES200901259 A ES 200901259A ES 200901259 A ES200901259 A ES 200901259A ES 2387368 A1 ES2387368 A1 ES 2387368A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- lens
- light
- particle
- sensor device
- light sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/25—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/32—Micromanipulators structurally combined with microscopes
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Método y aparato de medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula.Aparato y método para medir las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula atrapada. En una realización, el aparato y método son adaptables para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico configurado para atrapar, con un único haz de luz, una partícula suspendida en un medio de suspensión, entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara dispuesta sobre o dentro del microscopio. El aparato y métodos implican la utilización de un único sistema de lentes colector, teniendo éste una apertura numérica seleccionada de modo que sea mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, y situándose cerca o en contacto con la cara de salida de la cámara de suspensión. Un dispositivo sensor de luz se coloca en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o en un equivalente óptico del mismo, siendo éste capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz por la lente colectora.
Description
- Método y aparato de medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una
- partícula
- La invención se refiere a un sistema y a métodos para medir las fuerzas
- 5
- ópticas que actúan sobre una muestra microscópica y, más particularmente,
- a un sistema y métodos para determinar las componentes transversales de la
- fuerza que actúa sobre una partícula atrapada en un montaje de pinzas
- ópticas.
- 10
- ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
- Existen fundamentalmente dos metodologías en el estado de la técnica para
- medir las fuerzas ópticas que actúan sobre una muestra microscópica
- atrapada por una pinza óptica, la "indirecta" y la forma "directa". Los métodos
- 15
- indirectos tienen en común, por lo general, el uso de un único haz de láser y
- precisan de una modelización matemática compleja tanto de la trampa
- (potencial armónico) como de su entorno (fluido de índice de refracción y
- viscosidad homogéneas, en condiciones de bajo número de Reynolds) para
- determinar las fuerzas que actúan sobre dichas muestras microscópicas.
- 2o
- Además, éstas deben ser de forma esférica necesariamente para que los
- modelos sean adecuados.
- El método de medida indirecta de fuerzas sobre una muestra atrapada se
- describe en K. Svoboda y S. M. Block, "Biological Applications of Optical
- 25
- Forces", Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure, Vol. 23,
- pp. 247-285 ( 1994) y en la bibliografía que contiene, y también en la patente
- de los Estados Unidos de J. Finer, R. Simmons, J. Spudich y S. Chu, "Optical
- trap system and method", Patente de los Estados Unidos núm. 5,512,745
- (1996). Además, la teoría que explica el método de medida se encuentra en
- 30
- F. Gittes y C. F. Schmidt, "lnterference model for back-focal-plane
- displacement detection in optical tweezers", Optics Letters, Vol. 23, pp. 7-9
- (1998) y, finalmente, un procedimiento de calibración para determinar la
- constante elástica de la trampa se detalla en K. Berg-S0rensen y H.
- Flyvbjerg, "Power spectrum analysis for optical tweezers", Review of Scientific
- 35
- lnstruments Vol. 75, pp. 594-612 (2004).
- Los sistemas "indirectos", de haz único, presentan numerosas deficiencias.
- Por ejemplo, las medidas dependen de múltiples variables experimentales
- que cambian de experimento en experimento (p. ej. de la temperatura, índice
- de refracción relativo entre muestra y medio, tamaño de la muestra, potencia
- 5
- del láser, apertura numérica del objetivo, etc.). En la práctica, es necesario
- recalibrar estos sistemas cada vez que se utilizan, a través de un
- procedimiento complejo que precisa de un equipo especializado (actuadores
- piezoeléctricos) y conocimiento experto, lo que los hace poco prácticos para
- su uso comercial. Además, existen problemas adicionales en los métodos
- 1o
- "indirectos" asociados a las trampas de haz único. En primer lugar, como se
- ha mencionado, no es posible medir fuerzas sobre muestras que no sean
- perfectamente esféricas. En caso de objetos irregulares se han de utilizar
- microesferas que se fijan a las muestras por algún medio y que se utilizan
- como asas. Además, no es posible hacer medidas con haces láser que no
- 15
- sean gaussianos porque, en general, no producen potenciales armónicos.
- Esto deja fuera a haces con características interesantes tales como los
- potenciales periódicos que se utilizan en fraccionamiento óptico ("optical
- sorting") o a los haces de Bessel o Laguerre-Gauss, capaces de inducir
- rotaciones. Finalmente, no es posible hacer medidas en medios
- 2 o
- inhomogéneos, lo que limita los experimentos posibles fundamentalmente a
- aquellos realizados in vitro. Un ejemplo importante son los experimentos con
- pinzas ópticas en problemas biológicos que se deban realizan en el interior
- celular, y que no son actualmente posibles, debido a que las propiedades
- ópticas del citosol cambian punto a punto. La célula ha de ser recreada de
- 25
- manera simplificada, biomimética. De hecho, parte importante del mérito y del
- alcance de un experimento con pinzas ópticas en el dominio celular consiste
- en la habilidad para sortear la dificultad de hacer experimentos "in vivo".
- La segunda posibilidad es utilizar un método "directo". Los precedentes de
- 3 o
- métodos "directos" para medir fuerzas ópticas sobre muestras atrapadas
- requieren el uso de dos haces láser enfrentados contra-propagantes. Este
- método se detalla en la patente de los Estados Unidos número 7, 133,132
- (Bustamante y otros) y en dos artículos precedentes titulados "Overstretching
- 8-DNA: The Elastic Response of Individual Double-Stranded and Single
- 35
- Stranded DNA Molecules", Science, Vol. 271, pp. 795-799 ( 1996) y "Opticai
- Trap Force Transducer That Operates by Direct Measurement of Light
- Momentum", Methods of Enzymology, Vol. 361, pp.134-162 (2003), de S.
- Smith y otros. El método ha sido también descrito por Grange y otros en el
- artículo titulado "Optical tweezers system measuring the change in light
- momentum flux", Review of Scientific lnstruments, Vol. 23, No. 6, pp. 2308
- 2316 (2002) y en la tesis doctoral de S. Smith "Stretch Transitions Observad
- 5
- in Single Biopolymer Molecules (DNA or Protein) using Laser Tweezers",
- University of Twente, Holanda (1998).
- Los precedentes de métodos "directos" de medida de las fuerzas ópticas que
- actúan en una partícula atrapada se basan en la medida de los cambios de
- 1o
- momento. En el estado de la técnica, las trampas requeridas están
- construidas en base a haces duales contra-propagantes, lo que demanda
- montajes ópticos duplicados y específicos (dos láseres, dos expansores de
- haz, dos objetivos de microscopio, dos detectores de posición, etc.) y lo que
- imposibilita su integración en los trenes ópticos de microscopios comerciales
- 15
- y sistemas de pinzas ópticas disponibles actualmente.
- Además, el uso de componentes ópticos duplicados hace que estos sistemas
- sean caros y más difíciles de ajustar, mantener y operar. Un elemento
- importante en la situación descrita es la opinión generalizada de los expertos
- 2o
- en el campo que sostiene que el método de medida de fuerzas "directo" no
- es compatible con el uso de trampas de haz único. Bustamante y coautores
- así lo proclaman en la página 140 del artículo titulado "Optical-Trap Force
- Transducer That Operates by Direct Measurement of Light Momentum"
- discutido anteriormente. Neuman y coautores declaran lo mismo en la página
- 25
- 2802 del artículo "Optical trapping (review article)", Review of Scientific
- lnstruments, 75, 2787-2809 (2004). Williams opina lo mismo en la página 5
- de la tesis titulada "Optical Tweezers: Measuring Piconewton Forces".
- También, Grange y coautores en el artículo titulado "Optical tweezers system
- measuring the change in light momentum flux" observa lo mismo en la página
- 3 o
- 2308 y S. Smith en su tesis doctoral "Stretch Transitions Observad in Single
- Biopolymer Molecules (DNA or Protein) using Laser Tweezers" es de la
- misma opinión en la página 17.
- Esta opinión negativa de los expertos en el campo se debe a que creen
- 35
- necesario, para el método directo, el uso de haces láser constituidos por un
- cono de luz estrecho, dado que este haz ha de ser capturado en su totalidad
- (para su análisis) por una lente colectora. Considerando que el haz de luz
- sufre importantes deflexiones al atravesar la muestra, en su opinión, si se
- utilizara un haz de alta apertura numérica, los rayos de luz más externos
- escaparían de la lente colectora, produciendo errores en la medida.
- Por otro lado, un único haz formado por un cono de luz estrecho, de baja
- 5
- apertura numérica, sería incapaz de atrapar objetos debido a que la fuerza de
- dispersión asociada a la luz que se refleja sería mayor que la fuerza de
- gradiente transversal o fuerza de atrapamiento. La solución que dan a este
- dilema es emplear un diseño de haces contrapropagantes para crear la
- trampa, aunque al coste de una mayor complejidad experimental.
- 10
- Se precisa, por tanto, un sistema y método simplificado para medir fuerzas
- ópticas que actúen sobre muestras atrapadas, que dé solución a los
- problemas anteriormente mencionados.
- 15
- EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
- Según un aspecto de la presente invención se proporciona un sistema que
- incluye una fuente de luz para la generación de un único haz de luz, una
- cámara para contener una partícula en un medio de suspensión, una lente
- 2 o
- objetivo de atrapamiento para focal izar el haz de luz sobre la partícula de tal
- manera que se consiga que los fotones del haz de luz atrapen la partícula
- mediante el uso de fuerzas de gradiente elevadas, una lente o sistema de
- lentes colectoras única posicionada para capturar tanto los fotones
- deflectados como no deflectados por la partícula; y un dispositivo sensor de
- 2 5
- luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de
- un equivalente óptico del mismo.
- Según otro aspecto de la presente invención se proporciona un sistema que
- incluye una fuente de luz para la generación de un único haz de luz, una
- 3 o
- cámara para contener una partícula en un medio de suspensión, una lente
- objetivo de atrapamiento de alta apertura numérica para focalizar el haz de
- luz sobre la partícula de tal manera que se consiga que los fotones del haz de
- luz atrapen la partícula mediante el uso de fuerzas de gradiente elevadas,
- una lente o sistema de lentes colectoras única posicionada para capturar, en
- 3 5
- la semiesfera superior de la partícula que se atrapa, tanto los fotones
- deflectados como no deflectados por la partícula, teniendo la citada lente
- colectora una apertura numérica mayor o igual que el índice de refracción del
- medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara; y un
- dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la
- lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo.
- 5
- Según otro aspecto de la presente invención se proporciona un método para
- medir las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula, que comprende la
- suspensión de la partícula en un medio de suspensión dentro de una cámara,
- la focalización de un único haz de luz sobre la partícula de tal manera que se
- consiga que los fotones del haz de luz atrapen la partícula mediante el uso de
- 1o
- fuerzas de gradiente elevadas, la recogida tanto de los fotones deflectados
- como no deflectados por la partícula por una única lente o sistema de lentes
- colectoras, mediante el control de la distancia de la partícula con respecto a
- la lente colectora y mediante el control de la refracción de los fotones que
- abandonan la cámara; y la redirección de los fotones recogidos hacia un
- 15
- dispositivo sensor de luz localizado en o cerca del plano focal trasero de la
- lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo.
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- 2o
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- sistema una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión, siendo la apertura
- numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del
- 2 5
- medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, un
- dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la
- lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo
- sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza
- óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del
- 3o
- centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo
- sensor de luz. En una realización, la lente colectora y el dispositivo sensor de
- luz están integrados en un único dispositivo.
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- 35
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- sistema una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para recoger, en la
- semiesfera superior de la partícula, tanto los fotones deflectados como no
- deflectados por la partícula, estando la apertura numérica de la lente
- 5
- colectora seleccionada de manera que sea mayor o igual que el índice de
- refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la
- cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca de un
- equivalente óptico del plano focal trasero de la lente colectora, siendo el
- dispositivo sensor de luz capaz, directa o indirectamente, de producir
- 1o
- medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las
- coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada
- sobre el dispositivo sensor de luz; y una lente auxiliar o de relé, posicionada
- entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para crear el equivalente
- óptico del plano focal trasero. En una realización, la lente colectora, la lente
- 15
- de relé y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre
- 2 o
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- sistema una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para recoger, en la
- semiesfera superior de la partícula, tanto los fotones deflectados como no
- deflectados por la partícula, estando la apertura numérica de la lente
- 25
- colectora seleccionada de manera que sea mayor o igual que el índice de
- refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la
- cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca de un
- equivalente óptico del plano focal trasero de la lente colectora, siendo el
- dispositivo sensor de luz capaz, directa o indirectamente, de producir
- 3 o
- medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las
- coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada
- sobre el dispositivo sensor de luz, una lente auxiliar o de relé, posicionada
- entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para crear el equivalente
- óptico del plano focal trasero; y un filtro posicionado entre la lente colectora y
- 3 5
- el dispositivo sensor de luz para prevenir la saturación del dispositivo sensor
- de luz. En una realización, la lente colectora, la lente de relé, el filtro y el
- dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre
- 5
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- sistema una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para recoger, en la
- semiesfera superior de la partícula, tanto los fotones deflectados como no
- deflectados por la partícula, estando la apertura numérica de la lente
- 1o
- colectora seleccionada de manera que sea mayor o igual que el índice de
- refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la
- cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca de un
- equivalente óptico del plano focal trasero de la lente colectora, siendo el
- dispositivo sensor de luz capaz, directa o indirectamente, de producir
- 15
- medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las
- coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada
- sobre el dispositivo sensor de luz, una lente auxiliar o de relé, posicionada
- entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para crear el equivalente
- óptico del plano focal trasero; y una máscara que actuando por transmisión y
- 2 o
- posicionada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las
- pérdidas por reflexión producidas en la cámara. En una realización, la lente
- colectora, la lente de relé, la máscara y el dispositivo sensor de luz están
- integrados en un único dispositivo.
- 2 5
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- sistema una única lente o sistema de lentes colectora que se emplaza en o
- 3o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para recoger, en la
- semiesfera superior de la partícula, tanto los fotones deflectados como no
- deflectados por la partícula, estando la apertura numérica de la lente
- colectora seleccionada de manera que sea mayor o igual que el índice de
- refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la
- 3 5
- cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca de un
- equivalente óptico del plano focal trasero de la lente colectora, siendo el
- dispositivo sensor de luz capaz, directa o indirectamente, de producir
- medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las
- coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada
- sobre el dispositivo sensor de luz, una lente auxiliar o de relé, posicionada
- entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para crear el equivalente
- 5
- óptico del plano focal trasero, un filtro posicionado entre la lente colectora y el
- dispositivo sensor de luz para prevenir la saturación del dispositivo sensor de
- luz; y una máscara que actuando por transmisión y posicionada cerca o
- pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión
- producidas en la cámara. En una realización, la lente colectora, la lente de
- 1o
- relé, el filtro, la máscara y el dispositivo sensor de luz están integrados en un
- único dispositivo.
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- 15
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- sistema una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para recoger, en la
- semiesfera superior de la partícula, tanto los fotones deflectados como no
- 2o
- deflectados por la partícula, estando la apertura numérica de la lente
- colectora seleccionada de manera que sea mayor o igual que el índice de
- refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la
- cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal
- trasero de la lente colectora, siendo el dispositivo sensor de luz capaz, directa
- 2 5
- o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la
- partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la
- distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz; y un filtro
- posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para
- prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz. En una realización, la
- 30
- lente colectora, el filtro y el dispositivo sensor de luz están integrados en un
- único dispositivo.
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- 35
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- sistema una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para recoger, en la
- semiesfera superior de la partícula, tanto los fotones deflectados como no
- deflectados por la partícula, estando la apertura numérica de la lente
- colectora seleccionada de manera que sea mayor o igual que el índice de
- 5
- refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la
- cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal
- trasero de la lente colectora, siendo el dispositivo sensor de luz capaz, directa
- o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la
- partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la
- 1o
- distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz; y una
- máscara que actuando por transmisión y posicionada cerca o pegada al
- dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en
- la cámara. En una realización, la lente colectora, la máscara y el dispositivo
- sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
- 15
- Según otro aspecto, se proporciona un sistema adaptable para su inserción
- en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un
- único haz de luz una partícula suspendida en un medio de. suspensión entre
- la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el
- 2 o
- sistema una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o
- cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para recoger, en la
- semiesfera superior de la partícula, tanto los fotones deflectados como no
- deflectados por la partícula, estando la apertura numérica de la lente
- colectora seleccionada de manera que sea mayor o igual que el índice de
- 2 5
- refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la
- cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal
- trasero de la lente colectora, siendo el dispositivo sensor de luz capaz, directa
- o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la
- partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la
- 3o
- distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz, un filtro
- posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para
- prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz; y una máscara que
- actuando por transmisión y posicionada cerca o pegada al dispositivo sensor
- de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cámara. En una
- 35
- realización, la lente colectora, el filtro, la máscara y el dispositivo sensor de
- luz están integrados en un único dispositivo.
- A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos.
- 5 1o
- Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.
- BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
- 15
- La Figura 1 ilustra un sistema, en una de las realizaciones de la presente invención, para atrapar una partícula y medir las fuerzas ópticas que actúan en la partícula atrapada.
- 20
- La Figura 2 ilustra la obtención de la estructura de momentos de una distribución coherente de luz en el plano focal trasero de una lente. Las Figuras 3A y 3B constituyen ejemplos de rayos de luz convergentes que son refractados y reflejados por la muestra atrapada.
- 25
- La Figura 4 es un gráfico de la intensidad de luz dispersada en función del ángulo por una microesfera de vidrio homogénea suspendida en agua.
- La Figura 5 ilustra un sistema colector de luz en una realización de la presente invención.
- 3o
- La Figura 6 es un gráfico que muestra la fracción porcentual de luz capturada en la semiesfera superior de una muestra en función de la posición de la muestra en el interior de la cámara de suspensión.
- 3 5
- La Figura 7 muestra una imagen del plano focal trasero de un condensador de microscopía, de inmersión en aceite, capturando la luz de la semiesfera superior de una partícula atrapada, según los principios de la presente invención.
- 5
- La Figura 8 muestra los resultados de un experimento de medida en el que fuerzas conocidas son aplicadas sobre microesferas de poliestireno de diámetros e índices de refracción distintos y a potencias de láser y con objetivos de microscopio distintos para crear la trampa óptica.
- Las Figuras 9A y 98 ilustran una realización de la presente invención que se integra en un microscopio óptico.
- 1o
- La Figura 1 O ilustra un sistema/dispositivo en una realización adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, que permite la medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de una cámara de suspensión.
- 15
- La Figura 11 ilustra un sistema/dispositivo en otra realización adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, que permite la medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de una cámara de suspensión.
- 2o
- La Figura 12 ilustra un sistema/dispositivo en otra realización adicional adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, que permite la medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de una cámara de suspensión.
- 2 5
- La Figura 13 ilustra un sistema/dispositivo en una realización adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, que permite la medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de una cámara de suspensión.
- 3 o
- La Figura 14 ilustra un sistema/dispositivo en otra realización adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, que permite la medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de una cámara de suspensión.
- 35
- La Figura 15 ilustra un sistema/dispositivo en otra realización adicional adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, que
- permite la medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula
- atrapada suspendida en un medio dentro de una cámara de suspensión.
- EXPOSICION DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN
- 5
- En la descripción siguiente se establecen numerosos detalles específicos a
- fin de facilitar la comprensión exhaustiva de la presente invención. Será
- aparente, sin embargo, para aquellos versados en la materia, que la presente
- invención puede ser practicada sin alguno o sin la totalidad de estos detalles
- 1o
- específicos. Por el contrario, en otros casos, procesos y operaciones bien
- conocidos han sido tratados sin mayor detalle a fin de no oscurecer de forma
- innecesaria las descripciones de la presente invención. Además, es
- importante señalar que las figuras que acompañan al texto no están
- confeccionadas a escala.
- 15
- La Figura 1 ilustra un sistema 100 para medir las fuerzas ópticas que actúan
- sobre una partícula 1 08 según una implementación de la presente invención.
- El sistema 100 incluye una cámara 1 09 para suspender una partícula 1 08 en
- un fluido de suspensión, entre una cara de entrada 1 09a y una cara de
- 2o
- salida 1 09b de una cámara, fabricadas típicamente de vidrio. El atrapamiento
- de la partícula 108 se consigue focalizando un haz de luz 124 sobre la
- partícula suspendida mediante el uso de una lente objetivo de atrapamiento
- 107 de alta apertura numérica y típicamente de inmersión, de tal manera que
- se consiga que los fotones del haz de luz atrapen la partícula mediante el uso
- 2 5
- de fuerzas de gradiente elevadas. En la realización de la Figura 1, una fuente
- láser 101 crea un haz de láser 120 que puede ser manipulado de modo tal
- que forme el haz de luz de la trampa 124. La fuente láser 1 01 es
- preferiblemente una fuente láser de alta potencia que tenga una potencia
- estimada de entre algunos cientos de milivatios hasta varios vatios. Se puede
- 30
- colocar un aislador de Faraday 102 a la salida de la fuente láser 101 para
- evitar que las retro-reflexiones penetren de nuevo en la cavidad láser 101,
- causando fluctuaciones de potencia. Un telescopio 1 03, compuesto por una
- lente ocular 130 y una lente objetivo 132, insertado en el camino del haz de
- láser 120 lo expande y recolima. En una realización preferida, la distancia
- 3 5
- focal de las lentes 132 y 130 se selecciona de modo que se obtenga un haz
- láser 122 cuyo diámetro cubra exactamente o rebase ligeramente la pupila de
- entrada 1 06 del objetivo de atrapa miento 1 07. En caso de que el haz láser
- 122 tenga una polarización lineal, o cualesquiera otra que no sea circular,
- una lámina de cuarto de onda 104, u otro dispositivo apropiado, puede
- situarse entre el objetivo del telescopio 132 y la lente objetivo que crea la
- trampa 1 07 para obtener un haz de luz 123 que tenga polarización circular o
- 5
- sustancialmente circular. Un haz de luz que entre en el objetivo de
- atrapamiento 107 con polarización circular, o sustancialmente circular,
- permite al objetivo formar una trampa óptica con constante elásticas radiales
- iguales, o sustancialmente iguales, en dos direcciones perpendiculares.
- 1o
- Como se ha mencionado anteriormente, el sistema 100 hace uso de un único
- haz de luz 124 para atrapar la partícula 108 mediante el uso de fuerzas de
- gradiente elevadas. Para obtener las altas fuerzas de gradiente necesarias
- para atrapar la partícula de manera efectiva, se emplea un objetivo de
- atrapamiento 107 de alta apertura numérica, que focal iza el haz hasta un
- 15
- punto de dimensiones difracccionales sobre la partícula. El objetivo de
- atrapa miento 1 07 generalmente incluye una pupila de entrada 106, una serie
- de lentes internas 140 y una lente de salida 142, ésta en contacto
- generalmente con la cara de entrada 109a de una cámara 109, a través de
- un medio de inmersión (que no se muestra), tal como el agua o el aceite de
- 2 o
- inmersión, preferiblemente aceite. En realizaciones alternativas, la apertura
- numérica del objetivo de atrapa miento 107 preferiblemente varía entre
- aproximadamente 0.90 y aproximadamente 1.40. Para conseguir cubrir
- exactamente o rebasar ligeramente el diámetro de la pupila de entrada 1 06,
- el aumento del telescopio 1 03 preferiblemente varía entre aproximadamente
- 2 5
- 2.5X y aproximadamente 6X.
- La medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre la partícula 1 08 se
- consigue recogiendo tanto los fotones deflectados como no deflectados por la
- partícula empleando una lente de inmersión de alta apertura numérica 11 O,
- 3o
- que tenga una apertura numérica mayor o igual que el índice de refracción
- del medio de suspensión destinado a suspender la partícula 108 en la
- cámara 109. La lente colectora 11 O generalmente incluye una lente frontal
- 150 y una serie de lentes internas 152 que coliman y dirigen los fotones
- recogidos hacia un dispositivo sensor de luz 115. La lente frontal 150 está en
- 3 5
- contacto con la cara de salida 1 09b de la cámara 1 09 mediante un medio de
- inmersión (que no se muestra) tal como el agua o el aceite de inmersión,
- preferiblemente aceite. En realizaciones alternativas, la apertura numérica de
- 5
- la lente colectora 11 O preferiblemente varía entre aproximadamente 1.32 y aproximadamente 1.40. En particular, es conveniente que exista una diferencia relativamente grande entre el índice de refracción del medio de suspensión de la partícula y el del líquido de inmersión de la lente colectora. En realizaciones alternativas, la relación entre los índices de refracción del medio de inmersión y del medio de suspensión varía entre aproximadamente 1.13 y aproximadamente 1.2, y el diámetro de la lente frontal 150 varía entre aproximadamente 2 milímetros y aproximadamente 20 milímetros.
- 1o 15
- La medida directa de las fuerzas ópticas que actúan sobre la partícula 1 08 es posible debido a que la estructura de momentos de una distribución luminosa se hace visible en el plano focal trasero 111 de una lente colectora 11 O. La teoría subyacente a este fenómeno se explica en virtud de la Figura 2 y de la descripción que sigue.
- Cualquier solución U(x,y,z) de la ecuación de onda de Helmholtz puede escribirse como: a a U(x,y,z) = JJAe;i..;dad{J = fJ A(a,fl)e~'""+IJy+J•iJdadP {1)
- 20
- -a
- donde los pesos A( a, p) cumplen:
- A(a,{J)
- = Jf U (x, )',O)e-<9(u+Sy)dxdy (2)
- 25
- -=
- es decir, son la transformada de Fourier del campo original en un plano arbitrario z = O.
- 3o 3 5
- Estas ecuaciones tienen interpretación física: cualquier campo electromagnético puede pensarse como una superposición de ondas planas, Aék:,;, con amplitudes A dadas por la Ecuación 2. Las ondas planas son el tipo de onda más simple, ya que cada una de ellas está formada por fotones que viajan en una misma dirección, la dada por los cosenos directores s =(a, p, y). Notoriamente relevante para nuestro método es el hecho de que el momento en una onda plana está determinado por: _ -2n p =hk • (P,uPy~ P:) =hT(a,p, y) (3)
- O en otras palabras, una onda plana está compuesta por fotones que tienen
- el mismo momento p, y la Ecuación 1 anterior puede entonces pensarse
- como la descomposición de una determinada distribución luminosa en sus
- 5
- momentos constituyentes. Además, la energía por unidad de tiempo (y
- unidad de superficie) transportada por estas ondas planas es proporcional a
- las amplitudes A( a,~) al cuadrado (la irradiancia l(a, ~))según el teorema de
- Poynting. Por tanto, las tres ecuaciones anteriores muestran que el número
- de fotones (proporcional a la energía) por unidad de tiempo que en la
- 1o
- distribución U(x,y,z) tienen momento p, es proporcional al modulo al cuadrado
- de la transformada de Fourier de la distribución. Es importante resaltar que,
- bajo iluminación coherente y descartando factores de fase y de escala
- irrelevantes, la distribución de luz en el plano focal trasero de una lente
- corresponde a la transformada de Fourier del campo antes de la lente. Esta
- 15
- capacidad de las lentes para producir transformadas de Fourier es válida
- incluso a altas aperturas numéricas, si estas lentes se diseñan para cumplir la
- condición del seno de Abbe (r = f sin e, en la Figura 2), una corrección de
- aberraciones, por otro lado, ampliamente utilizada y fácilmente obtenible.
- 2 o
- En referencia a la Figura 2, en el plano focal trasero 202 de la lente 200
- podemos ver la estructura de momentos de la distribución de luz coherente
- del plano 201, es decir, la potencia radiante en el punto 203 del plano focal
- indica directamente el número de fotones que tienen momento p1. Dado que
- la estructura de momentos de la distribución luminosa se hace visible en el
- 2 5
- plano focal trasero de una lente, cualquier cambio en esta estructura de
- momentos es fácilmente detectable. Esto proporciona un método directo para
- evaluar la fuerza ejercida por el haz de luz sobre una partícula. En efecto, la
- segunda ley de Newton identifica la fuerza ejercida sobre un cuerpo con su
- cambio de momento neto por unidad de tiempo. Además, la fuerza ejercida
- 3 o
- por los fotones sobre la muestra tiene la misma magnitud que la ejercida por
- la muestra sobre los fotones (tercera ley de Newton), y es por tanto, igual al
- cambio de momento de los fotones del haz de luz, que es fácilmente visible
- en el plano focal trasero como se ha comentado. La diferencia entre los
- momentos antes y después de que la luz atraviese la muestra proporcionaría
- 3 5
- el cambio requerido por la segunda ley de Newton.
- considerando ahora la Figura 3A, se muestra un haz de luz convergente 301
- que incide sobre una micropartícula 305 con el fin de atraparla ópticamente.
- En la Figura 3A, la micropartícula 305 aparece centrada con respecto al foco
- del haz 301. Describiendo la interacción en términos de óptica de rayos, la luz
- 5
- puede retractarse 302 o reflejarse 303, resultando en cambios direccionales
- de la propagación. Estos cambios de dirección pueden incrementarse cuando
- la muestra se desplaza lateralmente con respecto al haz convergente de luz
- 301, como se ilustra en la Figura 38. Como se aprecia, un desplazamiento
- lateral de la muestra puede ocasionar que los rayos refractados 302 y los
- 1o
- reflejados 303 se propaguen prácticamente en cualquier dirección. Como
- consecuencia, para ser capaz de analizar todos los cambios de momento del
- haz de luz, sería preciso recoger fotones en todos los puntos de una
- superficie que rodeara a la muestra, es decir, cubriendo un ángulo sólido de
- 4TT estereoradianes. Sin embargo, los inventores han determinado que el
- 15
- descarte de la luz retrodispersada generalmente da lugar a un error pequeño
- y, por tanto, aceptable. Como ilustración, la Figura 4 muestra un gráfico de la
- intensidad de la luz dispersada (en unidades arbitrarias y escala logarítmica)
- en función del ángulo, para una microesfera de vidrio homogénea (r=1 !Jm,
- n=1.56) suspendida en agua (n=1.32), atrapada en un haz de láser infrarrojo
- 2 o
- focal izado (A=1.064 1-1m, NA=1 ), calculado mediante la rigurosa teoría de
- Lorenz-Mie. Como se pone de manifiesto en la figura, la luz dispersada en la
- semiesfera inferior de la muestra equivale a menos de un 1% de la intensidad
- total de luz. La presente invención saca partido de este fenómeno al
- determinar las fuerzas ópticas que actúan sobre la muestra, maximizando la
- 2 5
- cantidad de luz recogida dentro de la semiesfera superior de la muestra e
- ignorando la luz retro-dispersada. La recogida de luz en la semiesfera
- superior se maximiza mediante el uso de una lente colectora 11 O de
- inmersión de alta apertura numérica, tal y como se ha descrito anteriormente.
- Este modo de proceder proporciona numerosas ventajas y permite un
- 3 o
- montaje óptico de recogida de luz mucho más sencillo. Debe reseñarse que,
- en particular, este método posibilita que los sistemas y/o dispositivos de la
- presente invención sean incorporados o adaptados a los trenes ópticos de
- microscopios ópticos convencionales, y a los sistemas de trampas ópticas
- existentes.
- 35
- En referencia a la Figura 5, y a modo de ejemplo, se ilustra un sistema
- colector en concordancia con una realización de la presente invención. Como
- se ha descrito anteriormente, la muestra 108 se halla dentro de una cámara
- 109 que contiene además un medio de suspensión 406, por ejemplo agua
- (n=1.333), formada por una cara de entrada 1 09a y una cara de salida 1 09b.
- La lente frontal 150 del sistema colector 11 O está en contacto con un fluido
- 5
- de alto índice de refracción 407, tal como aceite de cedro o sintético para
- microscopía (n'=1.515), el cual, en una realización preferida, tiene el mismo
- índice de refracción que la cara de salida 1 09b y que la lente frontal 150.
- Como se indica, la luz que tras ser deflectada por la muestra 1 08 se propaga
- en la dirección de la lente colectora 11 O formando un ángulo grande a
- 10
- (semiángulo E) con respecto al eje óptico, se refractará en la interfase agua
- cara de salida 1 09b de acuerdo con la ley de Snell:
- 15
- y entrará sin más cambio de dirección en la lente frontal 150 de la lente
- colectora 11 O formando un ángulo menor 13 (semiángulo E'). Dado que la
- apertura numérica de la lente colectora 11 O se ha seleccionado de manera
- que sea mayor o igual que el índice de refracción n del medio de suspensión
- 406, el ángulo de refracción E' será:
- 20
- n.sin9o= =n = n'sins' <NA= n'sinB =>e'~ 9 (5)
- O, en otras palabras, los rayos refractados permanecen dentro del ángulo de
- captura 8 de la lente colectora.
- 25
- Para aprovechar completamente la apertura numérica de la lente colectora, la
- distancia de trabajo wentre la cara de salida 1 09b de la cámara 1 09 y la
- lente frontal 150 del sistema de lentes colector 11 O ha de estar controlada.
- En una realización, un espaciador (que no se muestra) se coloca entre la
- 3 o
- cara de salida 1 09b y la lente colectora 11 O para mantener la distancia de
- trabajo en un valor predeterminado, a fin de que se cumpla la Ecuación 5.
- Cuando la distancia de trabajo es demasiado pequeña o demasiado grande,
- la apertura numérica efectiva queda limitada de manera innecesaria,
- originando pérdidas de luz perjudiciales. En realizaciones alternativas de la
- 35
- presente invención, la distancia de trabajo se mantiene preferentemente por
- debajo de 3.0 milímetros y preferiblemente entre aproximadamente 1.0
- milímetro y aproximadamente 3.0 milímetros, y aún más preferiblemente
- entre aproximadamente 1.5 milímetros y aproximadamente 2.5 milímetros.
- Otra consideración importante es la profundidad h o posición de la muestra
- 5
- 1 08 con respecto a la superficie interna de la cara de salida 1 09b de la
- cámara 109. Los resultados de la Figura 6 muestran la fracción porcentual de
- la luz capturada en la semiesfera superior de la muestra, en función de la
- profundidad de la muestra en la cámara 109. Los datos han sido calculados
- con los siguientes parámetros para la lente colectora: (1) apertura numérica
- 1o
- (NA) de la lente colectora NA = 1.40, (2) índice de refracción del aceite de
- inmersión (n') entre la lente frontal 150 y la cara de salida 1 09b n' = 1.51, (3)
- índice de refracción del medio de suspensión de la muestran= 1.33, (4)
- diámetro de la lente frontal d = 9.5020 mm y (5) distancia de trabajo w = 1.92
- mm. Como se muestra en la Figura 6, para capturar una gran parte de la luz
- 15
- que se propaga en direcciones incluidas en la semiesfera superior, la
- profundidad de la muestra ha de estar preferentemente entre Oy
- aproximadamente 200 micrómetros, preferiblemente entre Oy
- aproximadamente 100 micrómetros, y aún más preferiblemente entre Oy
- aproximadamente 50 micrómetros. Como resultado de estos hallazgos, la
- 2 o
- presente invención hace uso de cámaras microfluídicas delgadas 109 para
- mantener las muestras 1 08 cercanas tanto a la lente colectora 11 Ocomo a la
- lente objetivo de atrapamiento 107. Según realizaciones alternativas de la
- presente invención, el grosor de la cámara 109 ha de estar preferiblemente
- entre aproximadamente 50 y aproximadamente 200 micras. Para permitir que
- 2 5
- la muestra 108 pueda ser atrapada a una mayor distancia de la cara de
- entrada 1 09a de la cámara 109, se puede utilizar alternativamente una lente
- objetivo de atrapa miento 107 de inmersión en agua. Estas lentes permiten
- trabajar a distancias de varios cientos de micras sin merma de calidad en sus
- propiedades ópticas, y su utilización facilitaría provechosamente la utilización
- 3 o
- de cámaras microfluídicas 109 de mayor grosor.
- En referencia continuada a la Figura 1, se incluye un dispositivo sensor de luz
- en el camino óptico del haz con posterioridad a la lente colectora 11 O. La
- fuerza total que actúa sobre la partícula atrapada 1 08 puede obtenerse
- 3 5
- sumando los cambios de momento individuales que han sufrido todos los
- fotones que constituyen el haz 128. Según una realización, esto se consigue
- situando un dispositivo sensor de posición bidimensional (PSD, del inglés
Position Sensitiva Device) basado en el efecto lateral, en el plano focal trasero 111 de la lente colectora o en un equivalente óptico. Los PSD de efecto lateral son fotodetectores que responden con fotocorrientes proporcionales tanto a la potencia radiante que incide en cada punto de una capa resistiva expuesta, como a la distancia entre el punto iluminado y unos electrodos de referencia. Los PSD bidimensionales permiten, por tanto, medir la posición de un punto luminoso dentro del área expuesta, según:
Sx = k Jl(x~ )l)xdxdy (6)
s,. = k Jl(x,y)ydxdy
donde k es una constante determinada por la sensibilidad y geometría del detector e l(x,y) es la irradiancia del haz incidente en el punto de coordenadas (x,y) 203 del área sensible. Cuando se sitúa en el plano focal trasero de la lente analizadora, las coordenadas x e y representan componentes transversales del momento de los fotones en una cierta escala:
;.~,
~'t' = -=;-Px
(7)
En efecto:
n =It-a= 1t-stn8 (7')
,...X A l
en virtud de la Ecuación 3. Finalmente, según la condición del seno de Abbe, lo anterior puede escribirse como:
como se pretendía demostrar. El razonamiento es análogo para la
coordenada y. Dado que l(x,y)dxdy es la potencia radiante en el punto (x,y) y
por tanto proporcional al número de fotones por unidad de tiempo con momento transversal (Px, Py), las integrales de la Ecuación 6 representan,
3 5 respectivamente, la adición ordenada de las componentes x e y de todos los momentos. El cambio en las señales Sx y Sy antes y después de que la luz atraviese la muestra es, por consiguiente, proporcional a la fuerza luminosa.
- Una ventaja de la presente invención es que las medidas de fuerza se basan
- exclusivamente en primeros principios. En la realización de la Figura 1, el
- dispositivo sensor de luz se encuentra fuera de la lente colectora 11 O y se
- emplea una lente auxiliar o de relé 114 para formar la imagen del plano focal
- 5
- trasero 111 de la lente colectora 11 O sobre el dispositivo sensor de luz 115.
- En realizaciones donde se usan lentes de relé para crear equivalentes
- ópticos del plano focal trasero de la lente colectora, el diámetro de la lente de
- relé es preferiblemente mayor o igual que el diámetro del diafragma de
- apertura situado en el plano focal trasero (y que no se muestra en la Figura 1)
- 1 o
- de la lente colectora y ha de producir un aumento preferiblemente igual al
- diámetro del dispositivo sensor de luz dividido por el diámetro del diafragma
- de apertura.
- En una realización alternativa, el dispositivo sensor de luz puede ser una
- 15
- cámara u otro dispositivo que sea capaz de generar una imagen
- computerizada correspondiente a la imagen óptica del plano focal 111 de la
- lente colectora 11 O, siendo esta imagen procesable para obtener medidas de
- fuerza óptica sobre la partícula 108.
- 2 o
- Para impedir la saturación del dispositivo sensor de luz 115, p. ej. un PSD,
- puede insertarse un filtro neutro 113 en el camino óptico entre la lente
- colectora 11 O y el dispositivo sensor 115 a fin de atenuar la luz procedente de
- la trampa.
- 2 5
- La Figura 7 muestra una imagen del plano focal trasero de un condensador
- de microscopio, de inmersión en aceite, con apertura numérica de 1.40,
- recogiendo la luz dispersada por una microesfera de poliestireno de 3 micras,
- suspendida en agua (n=1.32 para ,\=1.064 ¡Jm), atrapada con una trampa de
- haz único creada por un objetivo de microscopio de inmersión en agua, de
- 30
- apertura numérica 1.20, y puesta en contacto con la cara de salida 109b (es
- decir a h = O) de la cámara 109. El plano puede calibrarse en función de la
- apertura numérica formando la imagen del diafragma de apertura de varios
- objetivos de microscopio de características definidas. Alternativamente, una
- red de difracción de periodo conocido, iluminada por un haz colimado de
- 3 5
- longitud de onda conocida, difracta luz en ángulos bien definidos y conocidos
- (órdenes de difracción), que quedan finalmente focalizados en puntos únicos
- en el plano focal trasero, fácilmente identificables. Estos órdenes de
- difracción pueden ser utilizados también para calibrar el plano focal. La
- imagen muestra que hay luz que está siendo recogida cerca del límite teórico
- de NA = 1.32 (correspondiente a semiángulos cercanos a 90° dentro del agua
- de suspensión) como puede verse con facilidad en las esquinas derecha
- 5
- superior e izquierda inferior de la figura. La intensidad de la luz recogida
- determinada experimentalmente está cerca del 95% de la intensidad total del
- haz (lectura sin muestra, equivalente a la luz dispersada en toda la esfera de
- 4rr radianes). Como comparación, cuando la apertura numérica efectiva de la
- lente colectora se reduce a 0.95, las pérdidas de luz equivalen a un 15-30%
- 1o
- de la luz total dispersada por la muestra. Es importante hacer notar que las
- pérdidas de luz constantes y uniformes (que no dependan del ángulo) son
- irrelevantes para la medida de fuerzas, dado que producirían exactamente los
- mismos patrones en el plano focal trasero de la lente colectora, pero más
- tenues. La señal del PSD sería menor (pero siempre proporcional) lo que
- 15
- podría compensarse en la determinación de la constante de calibración C,
- como se discute posteriormente.
- En una realización, las pérdidas por reflexión en la interfase entre la cara de
- salida 1 09b y el medio de suspensión 406, que son dependientes del ángulo,
- 2 o
- pueden reducirse o eliminarse con un recubrimiento antireflejante específico
- para múltiples ángulos y ajustado a la longitud de onda del láser, depositado
- en la superficie interna de la cara de salida 1 09b. Alternativamente, una
- máscara no uniforme que actúe por transmisión (y que no se muestra en la
- Figura 1 ), con una variación radial de transmitancia proporcional al inverso de
- 2 5
- los factores de reflexión, puede situarse en el plano focal trasero de la lente
- colectora o en sus conjugados (por ejemplo, en el plano del PSD) con el
- mismo propósito, dado que haces paralelos de luz dentro del medio de
- suspensión quedan focalizados en puntos únicos en estos planos.
- 30
- Como se menciona con anterioridad, y en contraste con los métodos
- indirectos de determinación de la fuerza (como el de calibración de la
- constante elástica de la trampa, basado en modelos), la presente invención
- se basa en primeros principios. Una vez determinada la constante C que
- relaciona las lecturas del PSD (en voltios, por ejemplo) y la fuerza luminosa
- 3 5
- (en piconewtons, por ejemplo), las medidas pueden llevarse a cabo con
- independencia de las condiciones experimentales, tales como la temperatura,
- los índices de refracción, el tamaño de la muestra, la potencia del láser y la
- geometría de la trampa, etc.
- La Figura 8 muestra los resultados de un experimento en el cual fuerzas
- 5
- conocidas son aplicadas sobre microesferas de poliestireno atrapadas, con
- diámetros e índices de refracción distintos y a potencias láser y con objetivos
- de microscopio diferentes para crear la trampa óptica. La fuerza externa se
- ejerce mediante flujos controlados del medio de suspensión, creados
- moviendo a velocidades prefijadas una plataforma piezoeléctrica que
- 1o
- sostiene la microcámara 109. La fuerza de Stokes inducida sobre la
- microesfera puede calcularse, dado que la velocidad del fluido, su viscosidad
- y el radio de la partícula son conocidos. La fuerza actúa sobre la partícula
- desplazándola lateralmente de su posición de reposo, hasta un punto en el
- que la fuerza ejercida por la trampa contrarresta exactamente la fuerza
- 15
- viscosa del fluido. Con esa identificación, la fuerza óptica real ejercida por la
- trampa puede determinarse para estas condiciones particulares. La gráfica
- muestra la relación entre las lecturas del PSD (eje y), siguiendo un método de
- la presente invención, y la fuerza óptica conocida según se ha explicado
- (fuerza de Stokes, eje x), al efectuar movimientos sinusoidales con la
- 2 o
- plataforma piezoeléctrica. La relación lineal y la independencia de la
- pendiente promedio con respecto a las cambiantes condiciones
- experimentales es evidente en la Figura 8. Además, la inversa de esta
- pendiente es la constante de calibración C (en pNN) que permite convertir
- las lecturas del PSD en medidas de fuerza óptica. Por tanto, el experimento
- 2 5
- establece además un método para medir la contante C.
- Volviendo de nuevo a la Figura 1, un primer y segundo espejos dicroicos, 105
- y 122 respectivamente, pueden añadirse al sistema 100 para permitir a la
- trampa óptica integrarse dentro del tren de imagen de un microscopio óptico,
- 3o
- reflejando de manera selectiva la luz del láser de atrapamiento y permitiendo
- simultánemente el paso de otras longitudes de onda. Por ejemplo, el espejo
- dicroico 112 puede integrarse dentro del tren de iluminación de un
- microscopio óptico mientras que el espejo dicroico 105 puede integrarse
- dentro del tren de imagen.
- 35
- Como se ilustra en las Figuras 9A y 98, una lente colectora según la presente
- invención que recoja y descomponga la luz en sus momentos constituyentes
- puede muy bien tratarse de un condensador de inmersión, montado sobre un
- microscopio ordinario 600. En el microscopio puede, por otro lado, montarse
- simultáneamente un equipo de pinzas ópticas para formar un sistema
- completo. Existen equipos de pinzas ópticas comerciales disponibles
- 5
- fácilmente, compatibles con las principales marcas de microscopios de
- investigación, y que utilizan los propios objetivos del microscopio para formar
- la trampa óptica.
- Las Figuras 9A y 98 ilustran la compatibilidad del método y sistema de la
- 1 o
- presente invención con un microscopio óptico ordinario 600, al encajar con
- facilidad en el tren óptico, por ejemplo, de un iluminador Kohler. La Figura 9A
- muestra esquemáticamente el tren de imagen y la Figura 98 el tren de
- iluminación de un microscopio óptico invertido, similar a los utilizados
- conjuntamente con equipos de pinzas ópticas.
- 15
- En la Figura 98, la luz de una lámpara halógena 601 es redirigida por una
- lente colectora 602 a través de un diafragma de campo 603 y focalizada
- sobre el diafragma de apertura 606 de la lente condensadora 61 O, por la
- lente colimadora 604. Dado que el diafragma de apertura 606 se encuentra
- 20
- en el plano focal trasero de la lente condensadora 610, la luz queda colimada
- al atravesar el condensador, iluminando la muestra 608 y siendo focalizada
- de nuevo por el objetivo 607 sobre su diafragma de apertura 609, situado en
- su plano focal trasero. Además, y en referencia a la Figura 9A, el colimador
- 604 y las lentes del condensador 610 forman la imagen del diafragma de
- 2 5
- campo 603 sobre el plano de la muestra. Los dos trenes ópticos pueden
- entenderse como una sucesión de planos conjugados. Por ejemplo, en el tren
- de imagen, el plano de la muestra 608 y el diafragma de campo 603 son
- conjugados mientras que en el tren de iluminación, la lámpara halógena 601,
- el diafragma de apertura 606 del condensador 61 O, y el diafragma de
- 3 o
- apertura 609 del objetivo 607 son también conjugados. Es importante señalar
- que los planos conjugados del tren de iluminación y los del tren de imagen
- pueden entenderse como relacionados por transformadas de Fourier, ya que
- se encuentran alternativamente en planos focales traseros de lentes
- intermedias. En particular, el diafragma de apertura del condensador 606
- 35
- forma un par de Fourier con el plano de la muestra 608. Esta estructura
- puede utilizarse de manera natural, para integrar el sistema de medida de la
- presente invención en el tren de iluminación, como se muestra en la Figura
- 98. Una lente de alta apertura numérica 61 O, siendo dicha apertura numérica
- mayor o igual que el índice de refracción del medio destinado a suspender la
- muestra (un condensador de inmersión en aceite modificado, por ejemplo),
- reemplaza al condensador habitual, trabajando en dirección inversa como
- 5
- lente colectora. Se puede utilizar un espejo dicroico 605 para redirigir la luz
- que llega de la trampa hacia un detector sensible a la luz 612, tal como un
- PSD, que se halla situado en el plano focal trasero de la lente colectora, o en
- un equivalente óptico del mismo. La luz que proviene del iluminador en
- dirección opuesta atraviesa el espejo dicroico 605 y baña la muestra como
- 10
- antes. Una lente auxiliar o de relé 614 podría ser necesaria cuando el plano
- focal trasero de la lente 61 O no se encuentra fácilmente accesible (como se
- muestra en la Figura 98), formando la imagen del plano sobre el PSD. Con
- esta implementación, el microscopio permanece totalmente funcional.
- 15
- La Figura 1 O ilustra un sistema/dispositivo 700 adaptable para su inserción en
- el tren óptico de un microscopio, que permite la medida de las fuerzas ópticas
- que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de
- una cámara de suspensión 701. El dispositivo está configurado para sustituir
- a la lente condensadora del microscopio. En la realización de la Figura 1 O, el
- 2 o
- dispositivo incluye un sistema de lentes colector 702 que incluye una lente
- frontal 703 y una o varias lentes internas 704. La función y estructura de la
- lente o sistema de lentes colectoras 702 es similar a la lente colectora 11 O
- discutida anteriormente con la excepción de que el dispositivo sensor de luz
- 115, el filtro 113 y la lente de relé 114 están integrados con la lente colectora
- 2 5
- 702 para, preferiblemente, formar un único dispositivo. En la realización
- mostrada, el dispositivo sensor de luz 115, tal como un PSD o una cámara,
- está fijado en un lateral de la carcasa 705 que contiene el sistema de lentes
- colector. En realizaciones alternativas, el dispositivo sensor de luz 115 se fija
- a la carcasa 705 contenedora de la lente colectora 702, pero separada una
- 3o
- cierta distancia por medio de un soporte u otro medio adecuado. Situada
- dentro de la carcasa 705 se encuentra también una lente de relé 114 que
- forma la imagen de la distribución de luz situada en el plano focal trasero 706
- sobre el dispositivo sensor de luz 115. Un espejo dicroico 112 redirige la luz
- que proviene de la trampa hacia el dispositivo sensor de luz 115, permitiendo
- 3 5
- simultáneamente que la luz de otras longitudes de onda pasen hacia la
- muestra. El filtro 113 se sitúa entre el espejo dicroico 112 y el dispositivo
- sensor de luz 115 para atenuar la luz redirigida e impedir que sature el
- dispositivo sensor. El dispositivo sensor de luz 115 es preferiblemente
- conectable a un ordenador u otro dispositivo vía uno o más conectores o
- cables 708, o a través de una transmisión inalámbrica, para producir medidas
- de fuerza en un formato legible. La lente colectora 702 está diseñada para
- 5
- ponerse en contacto con la cara de salida 701 a de la cámara de suspensión
- 701, a través de un medio de inmersión, tal como agua o aceite, y está
- diseñado para tener una apertura numérica mayor o igual que el índice de
- refracción del medio destinado a suspender la muestra dentro de la cámara
- 701. En una realización alternativa, un espaciador se puede fijar de manera
- 1o
- desmontable a la lente colectora 702 o integrarse estructuralmente en la
- carcasa que la aloja 705, con la función de mantener la deseada distancia de
- trabajo w entre la lente colectora y la cara de salida 701 a de la cámara 701.
- La Figura 11 ilustra un sistema/dispositivo 720 adaptable para su inserción en
- 15
- el tren óptico de un microscopio, que permite la medida de las fuerzas ópticas
- que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de
- una cámara de suspensión 701. El dispositivo está configurado para sustituir
- a la lente condensadora del microscopio. En la realización de la Figura 11, el
- dispositivo incluye un sistema de lentes colector 702 que incluye una lente
- 2 o
- frontal 703 y una o varias lentes internas 704. La función y estructura de la
- lente o sistema de lentes colectoras 702 es similar a la lente colectora 11 O
- discutida anteriormente con la excepción de que el dispositivo sensor de luz
- 115, la lente de relé 114 y la máscara de transmisión 721 están integrados
- con la lente colectora 702 para, preferiblemente, formar un único dispositivo.
- 2 5
- En la realización mostrada, el dispositivo sensor de luz 115, tal como un PSD
- o una cámara, está fijado en un lateral de la carcasa 705 que contiene el
- sistema de lentes colector. En realizaciones alternativas, el dispositivo sensor
- de luz 115 se fija a la carcasa 705 contenedora de la lente colectora 702 pero
- separada una cierta distancia por medio de un soporte u otro medio
- 3 o
- adecuado. Situada dentro de la carcasa 705 se encuentra también una lente
- de relé 114 que forma la imagen de la distribución de luz situada en el plano
- focal trasero 706 sobre el dispositivo sensor de luz 115. Un espejo dicroico
- 112 redirige la luz que proviene de la trampa hacia el dispositivo sensor de
- luz 115, permitiendo simultáneamente que la luz de otras longitudes de onda
- 35
- pasen hacia la muestra. La máscara de transmisión 721, posicionada cerca o
- preferiblemente sobre el dispositivo sensor de luz 115, se incluye para
- compensar las pérdidas por reflexión que presumiblemente ocurrirán en la
- cara de salida 701 a de la cámara de suspensión de muestras 701. El
- dispositivo sensor de luz 115 es preferiblemente conectable a un ordenador u
- otro dispositivo vía uno o más conectores o cables 708, o a través de una
- transmisión inalámbrica, para producir medidas de fuerza en un formato
- 5
- legible. La lente colectora 702 está diseñada para ponerse en contacto con la
- cara de salida 701 a de la cámara de suspensión 701, a través de un medio
- de inmersión, tal como agua o aceite, y está diseñado para tener una
- apertura numérica mayor o igual que el índice de refracción del medio
- destinado a suspender la muestra dentro de la cámara 701. En una
- 1o
- realización alternativa, un espaciador se puede fijar de manera desmontable
- a la lente colectora 702 o integrarse estructuralmente en la carcasa que la
- aloja 705, con la función de mantener la deseada distancia de trabajo w entre
- la lente colectora y la cara de salida 701 a de la cámara 701.
- 15
- La Figura 12 ilustra un sistema/dispositivo 730 adaptable para su inserción en
- el tren óptico de un microscopio, que permite la medida de las fuerzas ópticas
- que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de
- una cámara de suspensión 701. El dispositivo está configurado para sustituir
- a la lente condensadora del microscopio. En la realización de la Figura 12, el
- 2 o
- dispositivo incluye un sistema de lentes colector 702 que incluye una lente
- frontal 703 y una o varias lentes internas 704. La función y estructura de la
- lente o sistema de lentes colectoras 702 es similar a la lente colectora 11 O
- discutida anteriormente con la excepción de que el dispositivo sensor de luz
- 115, el filtro 113, la lente de relé 114 y la máscara de transmisión 721 están
- 2 5
- integrados con la lente colectora 702 para, preferiblemente, formar un único
- dispositivo. En la realización mostrada, el dispositivo sensor de luz 115, tal
- como un PSD o una cámara, está fijado en un lateral de la carcasa 705 que
- contiene el sistema de lentes colector. En realizaciones alternativas, el
- dispositivo sensor de luz 115 se fija a la carcasa 705 contenedora de la lente
- 3o
- colectora 702 pero separada una cierta distancia por medio de un soporte u
- otro medio adecuado. Situada dentro de la carcasa 705 se encuentra también
- una lente de relé 114 que forma la imagen de la distribución de luz situada en
- el plano focal trasero 706 sobre el dispositivo sensor de luz 115. Un espejo
- dicroico 112 redirige la luz que proviene de la trampa hacia el dispositivo
- 35
- sensor de luz 115, permitiendo simultáneamente que la luz de otras
- longitudes de onda pasen hacia la muestra. El filtro 113 se sitúa entre el
- espejo dicroico 112 y el dispositivo sensor de luz 115 para atenuar la luz
- redirigida e impedir que sature el dispositivo sensor. La máscara de
- transmisión 721, posicionada cerca o preferiblemente sobre el dispositivo
- sensor de luz 115, se incluye para compensar las pérdidas por reflexión que
- presumiblemente ocurrirán en la cara de salida 701 a de la cámara de
- 5
- suspensión de muestras 701. El dispositivo sensor de luz 115 es
- preferiblemente conectable a un ordenador u otro dispositivo vía uno o más
- conectores o cables 708, o a través de una transmisión inalámbrica, para
- producir medidas de fuerza en un formato legible. La lente colectora 702 está
- diseñada para ponerse en contacto con la cara de salida 701 a de la cámara
- 1o
- de suspensión 701, a través de un medio de inmersión, tal como agua o
- aceite, y está diseñado para tener una apertura numérica mayor o igual que
- el índice de refracción del medio destinado a suspender la muestra dentro de
- la cámara 701. En una realización alternativa, un espaciador se puede fijar de
- manera desmontable a la lente colectora 702 o integrarse estructuralmente
- 15
- en la carcasa que la aloja 705, con la función de mantener la deseada
- distancia de trabajo w entre la lente colectora y la cara de salida 701 a de la
- cámara 701.
- La Figura 13 ilustra un sistema/dispositivo 7 40 adaptable para su inserción en
- 2 o
- el tren óptico de un microscopio, que permite la medida de las fuerzas ópticas
- que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de
- una cámara de suspensión 701. El dispositivo está configurado para sustituir
- a la lente condensadora del microscopio. En la realización de la Figura 13, el
- dispositivo incluye un sistema de lentes colector 702 que incluye una lente
- 2 5
- frontal 703 y una o varias lentes internas 704. La función y estructura de la
- lente o sistema de lentes colectoras 702 es similar a la lente colectora 11 O
- discutida anteriormente con la excepción de que el dispositivo sensor de luz
- 115 y el filtro 113 están integrados con la lente colectora 702 para,
- preferiblemente, formar un único dispositivo, estando el dispositivo sensor de
- 3 o
- luz 115 situado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora 702.
- Un espejo dicroico 112 redirige la luz que proviene de la trampa hacia el
- dispositivo sensor de luz 115, permitiendo simultáneamente que la luz de
- otras longitudes de onda pasen hacia la muestra. Para trasladar
- adecuadamente el plano focal trasero al plano del dispositivo sensor de luz,
- 35
- las distancias "s" entre el espejo 112 y el plano focal trasero 706, y entre el
- espejo 112 y el dispositivo sensor de luz 115, han de hacerse iguales o
- sustancialmente iguales. El filtro 113 se sitúa entre el espejo dicroico 112 y el
- dispositivo sensor de luz 115 para atenuar la luz redirigida e impedir que
- sature el dispositivo sensor. El dispositivo sensor de luz 115 es
- preferiblemente conectable a un ordenador u otro dispositivo vía uno o más
- conectores o cables 708, o a través de una transmisión inalámbrica, para
- 5
- producir medidas de fuerza en un formato legible. La lente colectora 702 está
- diseñada para ponerse en contacto con la cara de salida 701 a de la cámara
- de suspensión 701, a través de un medio de inmersión, tal como agua o
- aceite, y está diseñado para tener una apertura numérica mayor o igual que
- el índice de refracción del medio destinado a suspender la muestra dentro de
- 1o
- la cámara 701. En una realización alternativa, un espaciador se puede fijar de
- manera desmontable a la lente colectora 702 o integrarse estructuralmente
- en la carcasa que la aloja 705, con la función de mantener la deseada
- distancia de trabajo w entre la lente colectora y la cara de salida 701 a de la
- cámara 701.
- 15
- La Figura 14 ilustra un sistema/dispositivo 750 adaptable para su inserción en
- el tren óptico de un microscopio, que permite la medida de las fuerzas ópticas
- que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de
- una cámara de suspensión 701. El dispositivo está configurado para sustituir
- 2o
- a la lente condensadora del microscopio. En la realización de la Figura 14, el
- dispositivo incluye un sistema de lentes colector 702 que incluye una lente
- frontal 703 y una o varias lentes internas 704. La función y estructura de la
- lente o sistema de lentes colectoras 702 es similar a la lente colectora 11 O
- discutida anteriormente con la excepción de que el dispositivo sensor de luz
- 2 5
- 115 y una máscara de transmisión 721 están integrados con la lente
- colectora 702 para, preferiblemente, formar un único dispositivo, estando el
- dispositivo sensor de luz 115 situado en o cerca del plano focal trasero de la
- lente colectora 702. Un espejo dicroico 112 redirige la luz que proviene de la
- trampa hacia el dispositivo sensor de luz 115, permitiendo simultáneamente
- 3 o
- que la luz de otras longitudes de onda pasen hacia la muestra. Para trasladar
- adecuadamente el plano focal trasero al plano del dispositivo sensor de luz,
- las distancias "s" entre el espejo 112 y el plano focal trasero 706, y entre el
- espejo 112 y el dispositivo sensor de luz 115, han de hacerse iguales o
- sustancialmente iguales. La máscara de transmisión 721, posicionada cerca
- 3 5
- o preferiblemente sobre el dispositivo sensor de luz 115, se incluye para
- compensar las pérdidas por reflexión que presumiblemente ocurrirán en la
- cara de salida 701 a de la cámara de suspensión de muestras 701. El
- dispositivo sensor de luz 115 es preferiblemente conectable a un ordenador u
- otro dispositivo vía uno o más conectores o cables 708, o a través de una
- transmisión inalámbrica, para producir medidas de fuerza en un formato
- legible. La lente colectora 702 está diseñada para ponerse en contacto con la
- 5
- cara de salida 701 a de la cámara de suspensión 701, a través de un medio
- de inmersión, tal como agua o aceite, y está diseñado para tener una
- apertura numérica mayor o igual que el índice de refracción del medio
- destinado a suspender la muestra dentro de la cámara 701. En una
- realización alternativa, un espaciador se puede fijar de manera desmontable
- 1o
- a la lente colectora 702 o integrarse estructuralmente en la carcasa que la
- aloja 705, con la función de mantener la deseada distancia de trabajo w entre
- la lente colectora y la cara de salida 701 a de la cámara 701.
- La Figura 15 ilustra un sistema/dispositivo 760 adaptable para su inserción en
- 15
- el tren óptico de un microscopio, que permite la medida de las fuerzas ópticas
- que actúan sobre una partícula atrapada suspendida en un medio dentro de
- una cámara de suspensión 701. El dispositivo está configurado para sustituir
- a la lente condensadora del microscopio. En la realización de la Figura 15, el
- dispositivo incluye un sistema de lentes colector 702 que incluye una lente
- 2 o
- frontal 703 y una o varias lentes internas 704. La función y estructura de la
- lente o sistema de lentes colectoras 702 es similar a la lente colectora 11 O
- discutida anteriormente con la excepción de que el dispositivo sensor de luz
- 115, un filtro 113 y una máscara de transmisión 721 están integrados con la
- lente colectora 702 para, preferiblemente, formar un único dispositivo,
- 2 5
- estando el dispositivo sensor de luz 115 situado en o cerca del plano focal
- trasero de la lente colectora 702. Un espejo dicroico 112 redirige la luz que
- proviene de la trampa hacia el dispositivo sensor de luz 115, permitiendo
- simultáneamente que la luz de otras longitudes de onda pasen hacia la
- muestra. Para trasladar adecuadamente el plano focal trasero al plano del
- 3 o
- dispositivo sensor de luz, las distancias "s" entre el espejo 112 y el plano
- focal trasero 706, y entre el espejo 112 y el dispositivo sensor de luz 115, han
- de hacerse iguales o sustancialmente iguales. El filtro 113 se sitúa entre el
- espejo dicroico 112 y el dispositivo sensor de luz 115 para atenuar la luz
- redirigida e impedir que sature el dispositivo sensor. La máscara de
- 35
- transmisión 721, posicionada cerca o preferiblemente sobre el dispositivo
- sensor de luz 115, se incluye para compensar las pérdidas por reflexión que
- presumiblemente ocurrirán en la cara de salida 701 a de la cámara de
- suspensión de muestras 701. El dispositivo sensor de luz 115 es
- preferiblemente conectable a un ordenador u otro dispositivo vía uno o más
- conectores o cables 708, o a través de una transmisión inalámbrica, para
- producir medidas de fuerza en un formato legible. La lente colectora 702 está
- 5
- diseñada para ponerse en contacto con la cara de salida 701 a de la cámara
- de suspensión 701, a través de un medio de inmersión, tal como agua o
- aceite, y está diseñado para tener una apertura numérica mayor o igual que
- el índice de refracción del medio destinado a suspender la muestra dentro de
- la cámara 701. En una realización alternativa, un espaciador se puede fijar de
- 1o
- manera desmontable a la lente colectora 702 o integrarse estructuralmente
- en la carcasa que la aloja 705, con la función de mantener la deseada
- distancia de trabajo w entre la lente colectora y la cara de salida 701 a de la
- cámara 701.
- 15
- Volviendo de nuevo a la Figura 1, es importante hacer notar que el sistema
- 100 puede no incluir todos y cada uno de los elementos mostrados. Además,
- otras combinaciones de elementos y/o componentes pueden constituir un
- sistema o dispositivo para medir las fuerzas ópticas que actúan sobre una
- partícula, sin por ello desviarse de la cobertura y del alcance de la presente
- 2 o
- invención. En una realización, el sistema puede comprender la fuente de luz
- 101, la cámara 109, la lente objetivo de atrapamiento de alta apertura
- numérica 107, la lente colectora 110 con apertura numérica mayor o igual
- que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la
- muestra dentro de la cámara, y un dispositivo sensor de luz situado en o
- 2 5
- cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o en un equivalente óptico
- del mismo. Los componentes 102, 104, 105, 112, 114, 130 y 132, pueden
- individualmente o en combinación con otro u otros componentes, ser omitidos
- del sistema. Por ejemplo, no es necesario que el sistema se integre en el tren
- óptico de un microscopio. En tales sistemas, la fuente láser 101 y el
- 3o
- dispositivo sensor de luz pueden alinearse de manera directa con los ejes
- ópticos del objetivo de atrapamiento 107 y de la lente colectora 11 O, obviando
- de ese modo la necesidad de utilizar los dicroicos 105 y 112. Adicionalmente
- se contempla la posibilidad de que pueda construirse una fuente láser 1 01
- que produzca un haz de luz colimado y/o con polarización circular, capaz de
- 35
- cubrir exactamente o rebasar ligeramente de manera directa la pupila de
- entrada 106 del objetivo de atrapamiento 107, sin necesidad de uno o más de
- los componentes 102, 103, 130, 132 y 104. Se contempla que componentes
o características adicionales puedan ser añadidos al sistema 100 para mejorar sus capacidades sin por ello desviarse del espíritu y alcance de la presente invención.
Claims (22)
- REIVINDICACIONES
- 5 1o 15
- 1. Sistema que comprende: una fuente láser para generar un único haz de luz, una cámara para contener una partícula en un medio de suspensión, una lente objetivo de atrapamiento de alta apertura numérica para focalizar el haz de luz sobre la partícula, de tal manera que se consiga que los fotones del haz de luz atrapen la partícula mediante el uso de fuerzas de gradiente elevadas, una lente o sistema de lentes colectora única posicionada para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, teniendo la lente colectora una apertura numérica mayor o igual que el índice de refracción de un medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara; y un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo.
- 20
- 2. Sistema según la reivindicación 1, donde la fuente de luz es una fuente de luz láser de alta potencia. 3. Sistema según la reivindicación 1, donde la lente colectora tiene una apertura numérica entre aproximadamente 1.32 y aproximadamente 1.40.
- 2 5
- 4. Sistema según la reivindicación 1, donde la lente objetivo tiene una apertura numérica entre aproximadamente 0.90 y aproximadamente 1.40.
- 3 o
- 5. Sistema según la reivindicación 1, donde el haz de luz producido por la fuente de luz tiene polarización lineal, comprendiendo el aparato además una lámina de media onda colocada entre la fuente de luz y la lente objetivo de atrapamiento, para convertir la polarización lineal en circular o en sustancialmente circular.
- 35
- 6. Sistema según la reivindicación 1, donde el dispositivo sensor de luz es un dispositivo sensor de posición o una cámara. 7. Sistema según la reivindicación 6, donde el dispositivo sensor de posiciones es del tipo duolateral, generando dos señales eléctricas
proporcionales a las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución- de luz proyectada en el dispositivo sensor de posiciones.
- 5
- 8. Sistema según la reivindicación 1, que además comprende un filtro colocado entre la lente frontal del sistema de lentes colector y el dispositivo sensor de luz para impedir la saturación del dispositivo sensor de luz.
- 1o
- 9. Sistema según la reivindicación 1, donde la cámara posee una cara de salida, el aparato además comprende una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cara de salida.
- 15
- 1O. Sistema según la reivindicación 1, que demás comprende una lente auxiliar o de relé para generar una copia de la distribución de luz en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora sobre el dispositivo sensor de luz.
- 2 o
- 11. Sistema según la reivindicación 1, donde la lente objetivo de atrapamiento tiene una pupila de entrada, el aparato además comprende una o más lentes colocadas entre la fuente de luz y la pupila de entrada, dicha lente o lentes configuradas para modificar el diámetro del haz de luz para cubrir exactamente o rebasar ligeramente el diámetro de la pupila de entrada de la lente objetivo de atrapamiento.
- 2 5
- 12. Sistema según la reivindicación 1, donde la cámara posee una cara de salida con una propiedad antireflejante que minimiza las reflexiones de los fotones luminosos en dicha cara de salida.
- 3 o
- 13. Sistema según la reivindicación 12, donde la propiedad antireflejante hace que la pérdida de fotones debida a la reflexión en la cara de salida permanezca constante en cualquier punto de dicha cara de salida, independientemente del ángulo de incidencia de los fotones que llegan a ese punto.
- 35
- 14. Sistema según la reivindicación 1, donde el dispositivo sensor de luz es capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz.
-
- 15. Sistema según la reivindicación 1, donde el dispositivo sensor de luz es
- capaz de generar una imagen computerizada correspondiente a la imagen
- óptica del plano focal trasero de la lente colectora, siendo esta imagen
- 5
- procesable para obtener medidas de fuerza óptica sobre la partícula.
-
- 16. Sistema según la reivindicación 1 que además comprende un espaciador
- dispuesto para mantener una distancia de trabajo particular entre la muestra
- y la lente frontal del sistema de lentes colector.
- 10
-
- 17. Método para medir las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula
- que comprende:
- suspender la partícula en un medio de suspensión dentro de una cámara,
- focalizar un haz único de luz sobre la partícula de tal manera que se consiga
- 15
- que los fotones del haz de luz atrapen la partícula mediante el uso de fuerzas
- de gradiente elevadas,
- capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones
- deflectados como no deflectados por la partícula por una única lente o
- sistema de lentes colectoras, teniendo el sistema colector una apertura
- 2 o
- numérica mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión;
- y
- dirigir los fotones recogidos hacia un dispositivo sensor de luz posicionado en
- o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente
- óptico del mismo.
- 25
-
- 18. Método según la reivindicación 17 que además comprende generar
- señales eléctricas proporcionales a las coordenadas x e y del centro de
- masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz.
- 30
- 19. Método según la reivindicación 17, donde al haz de luz focalizado sobre
- la partícula se le induce una polarización circular o sustancialmente circular.
-
- 20. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de
- entrada y una cara de salida, estando la partícula suspendida más cerca de
- 3 5
- la cara de salida que de la de entrada.
-
- 21. Método según la reivindicación 17, donde el equivalente óptico del plano
- focal trasero es generado por una lente auxiliar o de relé colocada entre la
- lente colectora y el dispositivo sensor de luz.
- 5
- 22. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de
- salida, comprendiendo el método además la compensación de las pérdidas
- por reflexión en la cara de salida, mediante una máscara de transmisión no
- uniforme colocada en o cerca del plano focal trasero o en un equivalente del
- mismo.
- 10
-
- 23. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de
- salida, el método además comprende la compensación de las pérdidas por
- reflexión en la cara de salida, mediante el uso de un material antireflejante
- fijado o incorporado a la cara de salida.
- 15
-
- 24. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de
- salida, el método además comprende la provisión de que la pérdida de
- fotones debida a la reflexión en la cara de salida permanezca constante en
- cualquier punto de dicha cara de salida, independientemente del ángulo de
- 2o
- incidencia de los fotones que llegan a ese punto.
-
- 25. Método según la reivindicación 17, donde la lente objetivo de
- atrapamiento tiene una pupila de entrada, el método además comprende la
- provisión de cubrir exactamente o rebasar ligeramente el diámetro de la
- 2 5
- pupila de entrada de la lente objetivo de atrapamiento, modificando el
- diámetro del haz de luz dirigido a dicha pupila de entrada.
-
- 26. Método según la reivindicación 17, donde los fotones recogidos se dirigen
- a un dispositivo sensor de posiciones o a una cámara, formando una imagen
- 3 o
- óptica en el dispositivo sensor de luz que corresponde con la imagen óptica
- en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora.
-
- 27. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio
- óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula
- 35
- suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de
- salida de una cámara, comprendiendo el sistema:
- 5 1o
- una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara; y un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz.
- 15
- 28. Sistema según la reivindicación 27, donde el dispositivo sensor de luz es capaz de generar señales eléctricas proporcionales a las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada en el dispositivo sensor de posiciones.
- 2 o
- 29. Sistema según la reivindicación 27, donde el dispositivo sensor de luz es capaz de generar una imagen computerizada correspondiente a la imagen óptica del plano focal trasero de la lente colectora, siendo esta imagen procesable para obtener medidas de fuerza óptica sobre la partícula.
- 2 5
- 30. Sistema según la reivindicación 27, donde el dispositivo sensor de luz es un dispositivo sensor de posiciones o una cámara.
- 30
- 31. Sistema según la reivindicación 27, que además comprende una lente auxiliar o de relé colocada entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para generar un equivalente óptico del plano focal trasero. 32. Sistema según la reivindicación 27, que además comprende un filtro colocado entre la lente frontal del sistema de lentes colector y el dispositivo sensor de luz para impedir la saturación del dispositivo sensor de luz.
- 3 5
- 33. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora tiene una apertura numérica entre aproximadamente 1.32 y aproximadamente 1.40.
- 5 10
- 34. Sistema según la reivindicación 27, que además comprende una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cara de salida. 35. Sistema según la reivindicación 30, donde el dispositivo sensor de posiciones es del tipo duolateral, generando dos señales eléctricas proporcionales a las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada en el dispositivo sensor de posiciones. 36. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora es una lente de inmersión en aceite o una lente de inmersión en agua.
- 15
- 37.Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
-
- 38. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora, la lente de relé y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
- 20
- 39. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora, el filtro y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
- 2 5
- 40. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
- 3o
- 41. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el sistema:
- 3 5
- una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara,
- un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de
- la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo
- sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza
- óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del
- 5
- centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo
- sensor de luz,
- una lente auxiliar o de relé, posicionada entre la lente colectora y el
- dispositivo sensor de luz para crear el equivalente óptico del plano focal
- trasero; y
- 1o
- un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para
- prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz.
-
- 42. Sistema según la reivindicación 41, donde la lente colectora, la lente de
- relé, el filtro y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único
- 15
- dispositivo.
-
- 43. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio
- óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula
- suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de
- 2 o
- salida de una cámara, comprendiendo el sistema:
- una única lente o sistema de lentes colectora que se emplaza en o cerca de
- la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera
- superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por
- 2 5
- la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual
- que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la
- partícula en la cámara,
- un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de
- la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo
- 3 o
- sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza
- óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del
- centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo
- sensor de luz,
- una lente auxiliar o de relé, posicionada entre la lente colectora y el
- 3 5
- dispositivo sensor de luz para crear el equivalente óptico del plano focal
- trasero; y
- una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al
- dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en
- la cámara.
- 5
- 44. Sistema según la reivindicación 43, donde la lente colectora, la lente de
- relé, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz
- están integrados en un único dispositivo.
-
- 45. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio
- 1o
- óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula
- suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de
- salida de una cámara, comprendiendo el sistema:
- una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de
- 15
- la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera
- superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por
- la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual
- que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la
- partícula en la cámara,
- 2 o
- un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de
- la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo
- sensor de luz capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la
- fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e
- y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo
- 2 5
- sensor de luz,
- una lente auxiliar o de relé, posicionada entre la lente colectora y el
- dispositivo sensor de luz para crear el equivalente óptico del plano focal
- trasero
- un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para
- 3 o
- prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz; y
- una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al
- dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en
- la cámara.
- 3 5
- 46. Sistema según la reivindicación 45, donde la lente colectora, la lente de
- relé, el filtro, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de
- luz están integrados en un único dispositivo.
-
- 47. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio
- óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula
- suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de
- 5
- salida de una cámara, comprendiendo el sistema:
- una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de
- la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera
- superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por
- 1o
- la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual
- que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la
- partícula en la cámara,
- un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de
- la lente colectora, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o
- 15
- indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la
- partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la
- distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz; y
- un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para
- prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz.
- 20
-
- 48. Sistema según la reivindicación 47, donde la lente colectora, el filtro y el
- dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo.
-
- 49. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio
- 2 5
- óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula
- suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de
- salida de una cámara, comprendiendo el sistema:
- una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de
- 3o
- la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera
- superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por
- la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual
- que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la
- partícula en la cámara,
- 3 5
- un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de
- la lente colectora, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o
- indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la
- partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la
- distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz; y
- una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al
- dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en
- 5
- la cámara.
-
- 50. Sistema según la reivindicación 49, donde la lente colectora, la máscara
- que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están integrados en
- un único dispositivo.
- 10
-
- 51. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio
- óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula
- suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de
- salida de una cámara, comprendiendo el sistema:
- 15
- una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de
- la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera
- superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por
- la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual
- 2 o
- que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la
- partícula en la cámara,
- un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de
- la lente colectora, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o
- indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la
- 25
- partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la
- distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz
- un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para
- prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz; y
- una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al
- 3 o
- dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en
- la cámara.
-
- 52. Sistema según la reivindicación 51, donde la lente colectora, el filtro, la
- máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están
- 35
- integrados en un único dispositivo.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901259A ES2387368B1 (es) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Metodo y aparato de medida de las fuerzas opticas que actuan sobre una particula |
| PCT/ES2010/000210 WO2010130852A1 (es) | 2009-05-15 | 2010-05-14 | Método y aparato de medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula |
| JP2012510322A JP5728470B2 (ja) | 2009-05-15 | 2010-05-14 | 粒子に作用する光学力を測定する方法および装置 |
| ES10774579T ES2940661T3 (es) | 2009-05-15 | 2010-05-14 | Método y aparato de medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula |
| EP10774579.6A EP2442316B1 (en) | 2009-05-15 | 2010-05-14 | Method and apparatus for measuring the optical forces acting on a particle |
| US13/320,503 US8637803B2 (en) | 2009-05-15 | 2010-05-14 | Method and apparatus for measuring the optical forces acting on a particle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901259A ES2387368B1 (es) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Metodo y aparato de medida de las fuerzas opticas que actuan sobre una particula |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2387368A1 true ES2387368A1 (es) | 2012-09-20 |
| ES2387368B1 ES2387368B1 (es) | 2013-08-08 |
Family
ID=43084648
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200901259A Revoked ES2387368B1 (es) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Metodo y aparato de medida de las fuerzas opticas que actuan sobre una particula |
| ES10774579T Active ES2940661T3 (es) | 2009-05-15 | 2010-05-14 | Método y aparato de medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES10774579T Active ES2940661T3 (es) | 2009-05-15 | 2010-05-14 | Método y aparato de medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8637803B2 (es) |
| EP (1) | EP2442316B1 (es) |
| JP (1) | JP5728470B2 (es) |
| ES (2) | ES2387368B1 (es) |
| WO (1) | WO2010130852A1 (es) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105008895B (zh) | 2012-10-15 | 2019-02-15 | 纳诺赛莱克特生物医药股份有限公司 | 颗粒分选的系统、设备和方法 |
| EP2884325B1 (en) * | 2013-12-13 | 2017-02-22 | Impetux Optics, S.L. | Optical device for placement in the optical train of a microscope and method of manufacturing such a device |
| US9315846B2 (en) * | 2014-02-13 | 2016-04-19 | The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy | Fluidic channel based on a filtered, free-space electromagnetic wave source |
| CN104777077A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-07-15 | 浙江大学 | 基于光阱效应的液体黏滞系数测量装置及测量方法 |
| JP6582867B2 (ja) * | 2015-10-22 | 2019-10-02 | 株式会社ジェイテクト | 光ピンセット装置 |
| JP6606975B2 (ja) * | 2015-10-28 | 2019-11-20 | 株式会社ジェイテクト | 光ピンセット装置 |
| JP6692660B2 (ja) * | 2016-03-01 | 2020-05-13 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 撮像装置 |
| US11499962B2 (en) | 2017-11-17 | 2022-11-15 | Ultima Genomics, Inc. | Methods and systems for analyte detection and analysis |
| US10344328B2 (en) | 2017-11-17 | 2019-07-09 | Ultima Genomics, Inc. | Methods for biological sample processing and analysis |
| US12239980B2 (en) | 2018-12-07 | 2025-03-04 | Ultima Genomics, Inc. | Implementing barriers for controlled environments during sample processing and detection |
| US10512911B1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-12-24 | Ultima Genomics, Inc. | Implementing barriers for controlled environments during sample processing and detection |
| US11118223B2 (en) | 2019-03-14 | 2021-09-14 | Ultima Genomics, Inc. | Methods, devices, and systems for analyte detection and analysis |
| EP4043860B1 (en) | 2021-02-15 | 2025-08-20 | Impetux Optics, S.L. | Method for performing microrheological measurements in a viscoelastic medium |
| CN113804606B (zh) * | 2021-08-26 | 2024-07-12 | 之江实验室 | 一种基于电场校准的悬浮光阱纳米粒子质量测量方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0455125A2 (en) * | 1990-04-25 | 1991-11-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for generating and detecting an agglomeration reaction in a liquid sample |
| US20070069119A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical trapping with a semiconductor |
| US20070254279A1 (en) * | 2006-04-21 | 2007-11-01 | Anita Goel | Single molecule drug discovery |
| WO2008127410A2 (en) * | 2006-11-07 | 2008-10-23 | New York University | Holographic microfabrication and characterization system for soft matter and biological systems |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4893886A (en) * | 1987-09-17 | 1990-01-16 | American Telephone And Telegraph Company | Non-destructive optical trap for biological particles and method of doing same |
| US5112745A (en) | 1989-09-29 | 1992-05-12 | Space Medical Systems, Inc. | Rapid identification of microbial organisms and determination of antibiotic sensitivity by infrared spectroscopy |
| JP2512387B2 (ja) * | 1993-03-23 | 1996-07-03 | 理化学研究所 | 細胞選別方法および細胞補集方法 |
| US5512745A (en) | 1994-03-09 | 1996-04-30 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr. University | Optical trap system and method |
| ATE252938T1 (de) * | 1994-08-01 | 2003-11-15 | Abbott Lab | Verfahren und vorrichtung zur vorbereitung einer flüssigkeit |
| US20020108859A1 (en) * | 2000-11-13 | 2002-08-15 | Genoptix | Methods for modifying interaction between dielectric particles and surfaces |
| US6833923B2 (en) * | 2000-11-17 | 2004-12-21 | Europaisches Laboratorium Fur Molekularbiologie (Embl) | Method for 3D object-scanning |
| US6477298B1 (en) * | 2001-05-15 | 2002-11-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Collection mode lens system |
| US7133132B2 (en) | 2003-09-19 | 2006-11-07 | The Regents Of The University Of California | Light-force sensor and method for measuring axial optical-trap forces from changes in light momentum along an optic axis |
| JP4214933B2 (ja) * | 2004-03-19 | 2009-01-28 | 株式会社豊田中央研究所 | 液体の粘度測定装置と粘度測定方法 |
| US7473890B2 (en) * | 2004-11-23 | 2009-01-06 | New York University | Manipulation of objects in potential energy landscapes |
| JP2012053958A (ja) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 光ピックアップ用対物レンズおよび光ピックアップ装置 |
-
2009
- 2009-05-15 ES ES200901259A patent/ES2387368B1/es not_active Revoked
-
2010
- 2010-05-14 US US13/320,503 patent/US8637803B2/en active Active
- 2010-05-14 ES ES10774579T patent/ES2940661T3/es active Active
- 2010-05-14 EP EP10774579.6A patent/EP2442316B1/en active Active
- 2010-05-14 JP JP2012510322A patent/JP5728470B2/ja active Active
- 2010-05-14 WO PCT/ES2010/000210 patent/WO2010130852A1/es not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0455125A2 (en) * | 1990-04-25 | 1991-11-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for generating and detecting an agglomeration reaction in a liquid sample |
| US20070069119A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical trapping with a semiconductor |
| US20070254279A1 (en) * | 2006-04-21 | 2007-11-01 | Anita Goel | Single molecule drug discovery |
| WO2008127410A2 (en) * | 2006-11-07 | 2008-10-23 | New York University | Holographic microfabrication and characterization system for soft matter and biological systems |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2387368B1 (es) | 2013-08-08 |
| WO2010130852A1 (es) | 2010-11-18 |
| JP2012526978A (ja) | 2012-11-01 |
| ES2940661T3 (es) | 2023-05-10 |
| US20120068059A1 (en) | 2012-03-22 |
| US8637803B2 (en) | 2014-01-28 |
| EP2442316B1 (en) | 2022-12-21 |
| EP2442316A4 (en) | 2017-01-18 |
| EP2442316A1 (en) | 2012-04-18 |
| JP5728470B2 (ja) | 2015-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2387368B1 (es) | Metodo y aparato de medida de las fuerzas opticas que actuan sobre una particula | |
| Ren et al. | Tailoring light with a digital micromirror device | |
| JP6851328B2 (ja) | 空間的広がりを有する生物試料における動きを光学的に検出するのための方法および装置 | |
| CN110161008A (zh) | 共光轴度和放大倍数可自校准的荧光颗粒示踪方法与装置 | |
| Lyulko et al. | Simultaneous immersion Mirau interferometry | |
| Andersson | Construction of force measuring optical tweezers instrumentation and investigations of biophysical properties of bacterial adhesion organelles | |
| Kashchuk | Measurement of forces in optical tweezers with applications in biological systems | |
| Chen et al. | Correction of crosstalk in output of fiber optic array in solar radiation measurements | |
| Liu et al. | Fiber optical tweezers for manipulation and sensing of bioparticles | |
| Lee | Optical trapping: optical interferometric metrology and nanophotonics | |
| Kassamakov et al. | Light scattering by ultrasonically-controlled small particles: system design, calibration, and measurement results | |
| US10989931B2 (en) | Photophoretic display device | |
| Gibson | Optical Tweezers Configurations | |
| ES2395496B1 (es) | Método para manipular muestras microscópicas y medir las fuerzas que actúan sobre ellas | |
| Selvaggi et al. | Optimized multi-view imaging improves the observation of optically manipulatednon-spherical particles | |
| Fontes et al. | Determination of femto Newton forces and fluid viscosity using optical tweezers: application to Leishmania amazonensis | |
| Stanescu et al. | Optical Scanning Nanoscope with Microsphere Attached Objective Lens for Super Resolution 3D Virtual Imaging | |
| Wang et al. | Phase microscopy method of micro-nano sized bubbles based on Hilbert phase microscopy (HPM) | |
| Farré et al. | Back-focal-plane interferometry: position or force detection? | |
| Lewalle | The Smallest Tweezers in the World | |
| Mahamdeh | High resolution optical tweezers optimized for biological studies | |
| Shan et al. | Optical tweezers and surface plasmon resonance combination system based on the high numerical aperture lens | |
| CN117030578A (zh) | 基于多线光阱实现对不同尺寸细胞的全局动态捕获操控方法 | |
| CN117310832A (zh) | 单光束真空光阱的波分复用捕获及极弱力计量装置和方法 | |
| CN117647470A (zh) | 基于悬浮光镊和互易定理测量散射场远场的装置及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2387368 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20130808 |
|
| MH2A | Renunciation |
Effective date: 20230224 |