Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой

Коробцов, Александр Викторович

Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Коробцов, Александр Викторович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Самара МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой»

Автореферат диссертации на тему "Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой"

На правах рукописи

Коробцов Александр Викторович

□□347ЭВ4В

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ЛАЗЕРНОГО МИКРОМАНИПУЛИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛЕЙ СО СЛОЖНОЙ СТРУКТУРОЙ

01.04.21 - Лазерная физика

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

1 5 ОКТ

САМАРА - 2009

003479946

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Самарский государственный университет»

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Котова Светлана Павловна.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Захаров Валерий Павлович;

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт систем обработки изображений РАН.

Защита состоится 30 октября 2009 г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д212.218.01 при ГОУ ВПО «Самарский государственный университет» по адресу: 443011, г. Самара, ул. Академика Павлова, 1, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Самарский государственный университет».

Автореферат разослан «29» сентября 2009 г.

доктор физико-математических наук, профессор Кругов Александр Федорович.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

Жукова В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Разработка методов лазерного манипулирования микрообъектами является одним из перспективных направлений развития лазерной физики и прикладной оптики. Инструментарий, реализованный на базе методов захвата и удержания микрочастиц одиночными лазерными пучками, получил название лазерного пинцета.

Области применения лазерного манипулирования обусловлены масшта-... бами силовых воздействий, получаемых с помощью оптической ловушки. Можно выделить несколько направлений прикладных исследований, в которых регулярно появляются сообщения о применении лазерного манипулирования для решения поставленных задач. К ним относятся: микромеханика, микробиология, медицина, химия и охлаждение атомов.

В ряде задач возникает необходимость перемещать микрообъекты по заданным траекториям, что в большинстве экспериментов осуществляют путем механического перемещения либо пучка, либо предметного столика микроскопа. Для реализации временного разделения используются быстрые отражатели, перемещающие лазерный пучок от одной частицы к другой по циклу с частотой в несколько килогерц. Известен способ управления положением захватывающего пучка с помощью адаптивных зеркал или акустооптических модуляторов (Fallman Е., Appl. Opt., 1997). Существуют работы, в которых перемещение захваченной частицы по заданной траектории осуществляется за счет движения светового пятна, которое вызывается либо изменением интерференционной картины (Paterson L., Science, 2001), либо проекцией исходного перемещающегося пятна с экрана монитора (Jesacher A., Opt. Express., 2004). В работе (Ски-данов Р.В., диссертация, СГАУ, 2007) для перемещения микрочастиц по окружностям используются пучки Бесселя и вихревые поля в форме окружностей, сформированные дифракционными оптическими элементами.

Перспективным является расширение функциональных возможностей данного инструментария. В работе (Рахматуллин М.А., диссертация, СамГУ, 2003) показана принципиальная возможность перемещения микрочастиц по траектории в виде границы треугольника, сформированной спиральным пучком. Подход основан на использовании оптики спиральных пучков (Абрамоч-кин Е.Г., Волостников В.Г., Opt. Comm., 1996). Пространственная структура спиральных пучков может быть весьма разнообразной, например, в форме плоских кривых. Важными особенностями спиральных пучков являются сохранение их пространственной структуры при распространении и фокусировке, а также наличие углового момента. Для экспериментальной реализации этих пучков требуется наличие амплитудного транспаранта, что ограничивает их применение для задач микроманипулирования, требующих высокую энергетическую эффективность и возможность динамического формирования полей.

Одним из перспективных направлений применения лазерного пинцета в биологии и медицине является исследование механических свойств нано- и

микроразмерных биологических объектов (молекул ДНК, хромосом, нервных волокон и др.) (Bishop A.I., Nature, 2004), которые наряду с другими физическими и химическими характеристиками определяют процессы роста и развития организмов, задание конкретной формы организма, его функционирование. Эти свойства отличаются для больных и здоровых тканей, что позволяет осуществлять диагностику заболеваний.

Изучение механических свойств биообъектов требует привлечения специализированного инструментария, который может быть реализован как с использованием вихревых полей, так и массивом ловушек. Применение вихревых полей обеспечивает возможность наложения неоднородных деформаций на микрообъекты. В ряде задач, например, при определении деформируемости эритроцитов для задания характера приложенных сил и увеличения величины сил целесообразно использовать массивы одиночных ловушек. Известен метод деформации эритроцитов с использованием массива лазерных ловушек, сформированных с помощью жидкокристаллических пространственных модуляторов света (ЖК ПМС) (Lenormand G., Biophys. J. 2001). Однако, ввиду сложности и дороговизны данного метода, представляется актуальным разработка простого и эффективного метода деформирования биологических микрообъектов с помощью лазерных ловушек.

Целью работы является развитие методов манипуляции микроскопическими объектами с использованием световых полей со сложным пространственным распределением интенсивности и углового момента, а также массива одиночных лазерных ловушек. В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертации:

1. Создать установку для формирования световых полей сложной структуры и проведения экспериментов по манипулированию.

2. Теоретически и экспериментально исследовать вихревые световые поля в виде кривых, сформированные амплитудно-фазовыми и фазовыми транспарантами.

3. Исследовать процесс захвата и перемещения слабопоглощающих микрообъектов вихревыми световыми полями в виде кривых.

4. Разработать метод формирования управляемого массива одиночных лазерных ловушек для деформирования биологических объектов. Провести эксперименты по определению относительной деформации эритроцитов человека.

5. Исследовать возможность использования лазерного пинцета для сортировки микрообъектов.

Научная новизна работы:

1. Впервые экспериментально реализовано манипулирование микрообъектами посредством вихревых световых полей, сформированных фазовыми элементами, рассчитанными на основе оптики спиральных пучков.

2. Предложен простой и эффективный метод формирования управляемого массива ловушек для деформирования биологических объектов на основе дифракционной решетки.

3. Показана возможность использования однопучковой и многопучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека.

4. Определен критерий эффективности захвата сферических микрообъектов для моды Гаусса ТЕМ00.

Практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы для перемещения, вращения и наложения деформаций на микрообъекты, смешивания жидкостей в микрообъемах, сортировки микрочастиц по размерам, форме, показателю преломления и др.

Использование предложенного метода деформирования биологических микрообъектов позволяет проводить возрастную селекцию эритроцитов человека. Основные особенности метода: не требователен к чистоте подготовки образцов, используются малые объемы крови для анализа (десятки пиколитров), относительно дешев и прост в реализации, что важно для клинических применений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Энергетическая эффективность исследованных вихревых полей, сформированных фазовыми транспарантами, рассчитанными на основе оптики спиральных пучков, в 3-4 раза выше эффективности спиральных пучков.

2. Использование полей, сформированных синтезированными фазовыми транспарантами, позволяет перемещать микрообъекты по траекториям, заданными распределениями интенсивности светового поля. Скорость перемещения микрочастиц такими полями в 2-2,5 раза превышает скорость перемещения спиральными пучками при одинаковой мощности освещающего пучка.

3. Метод определения деформируемости биологических микрообъектов, основанный на изменении расстояния между оптическими ловушками при неизменном распределении интенсивности в них за счет перемещения дифракционной решетки.

Optical Manipulation IV (San Diego, USA, 2007), на международной конференции 16-th annual International Laser Physics Workshop (Leon, Mexico, 2007), на IX всероссийской школе-семинаре "Физика и применение микроволн" (Звенигород, 2007), на X Международных Чтениях по квантовой оптики (Самара, 2007), на международной конференции 8-th Asia-Pacific Conference of Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics, APCOM (Tokyo, Japan, 2008), на конференции "Медицинская физика и инновации в медицине" (Троицк, 2008), на конференции "Металлдеформ 2009" (Самара, 2009), на международной конференции 18th International Laser Physics Workshop (Barcelona, Spain, 2009).

Работа финансировалась в рамках программы РФФИ (проекты № 04-0296508 р-2004, № 07-02-01280), CRDF (№ RUP1-2623-SA-04), областного гранта в области науки и техники (постановление Губернатора Самарской обл. от 23.08.2007 № 147), программы "У.М.Н.И.К." Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и УНК ФИАН 2004-2009.

Результаты, вошедшие в диссертацию, были отмечены премией имени С.И. Вавилова на конкурсе научных работ Учебно-научного комплекса ФИАН 2006 года за цикл работ "Формирование вихревых световых полей с заданной формой интенсивности для задач лазерной манипуляции микрообъектами"; победой на областных конкурсах "Молодой ученый" Министерства образования и науки Самарской области в 2006 и 2009 гг.

Публикации. Основные материалы диссертации в соавторстве опубликованы в 22 научных работах, среди которых 18 статей (5 из них опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК) и 4 тезисов докладов.

Личный вклад автора. Основные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором. Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, заключается в разработке и создании оптических установок; проведении расчетов и экспериментов; в выполнении анализа полученных результатов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников из 124 наименований, изложенных на 139 страницах, содержит 52 рисунка и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемых в работе задач. Определена цель работы. Показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются физические принципы манипулирования микрообъектами лазерными пучками и основные характеристики оптического пинцета. Рассмотрен механизм возникновения сил, действующих на прозрачные объекты со стороны светового поля. Рассмотрены различные типы оптических ловушек: однопучковая, двухпучковая и интерференционная ловушки, а также различные методы формирования полей с вихревой составляющей.

Описаны основные методы формирования массивов одиночных ловушек. Особое внимание уделено вопросу динамического формирования ловушек и практического применения методов лазерного манипулирования. Показана целесообразность использования фазовых транспарантов для формирования вихревых полей со сложной пространственной структурой интенсивности. Обоснован выбор в качестве биологических объектов для исследований эритроцитов человека, описаны значимость и наиболее часто используемые методы определения деформируемости эритроцитов для диагностики функционального состояния организма. L

Вторая глава посвящена вопросам формирования и анализа вихревых световых полей для лазерного манипулирования, а также исследования взаимодействия лазерного пучка с заданными пространственными распределениями интенсивности и орбитального момента с прозрачными микрообъектами. Вихревые световые поля с распределением интенсивности в виде границы квадрата и спирали Архимеда формировались двумя методами: фазовыми транспарантами, полученными на слоях бихромированной желатины (БХЖ) (Лосевский H.H. и др., 1990), и жидкокристаллическим пространственным модулятором света (ЖК ПМС) HOLOEYE 1080 Р. Отличительной особенностью первой методики является возможность изготовления дешевых фазовых транспарантов на доступном оборудовании, а использование ЖК ПМС позволяет реализовать динамическое управление вихревым световым полем. Были экспериментально измерены энергетические эффективности формирования полей амплитудно-фазовыми, фазовыми транспарантами на основе бихромированной желатины и жидкокристаллическими пространственными модуляторами света, которые составили 15%, 60% и 25% соответственно.

Для достижения максимальной эффективности манипулирования необходимо обеспечить высокую однородность интенсивности вдоль заданной кривой, а также попадание значительной доли мощности сформированного поля в заданную s-окрестность кривой (окрестность, в которой находится микрочастица при движении по траектории). Для анализа качества сформированных полей были введены параметры, позволяющие оценить:

- отличие пространственного распределения интенсивности полученного поля от теоретически рассчитанного (öl) (1);

- неоднородность кривой по ширине (RMSw) (2);

- отклонение ширины сформированной кривой относительно расчетной (nw) (3).

31 ,Е(/""/,|)2 100% (1)

II N-1 </,>'

где: 11е - экспериментальное значение интенсивности в конкретной точке для сформированного пучка, ¡и— теоретическое значение интенсивности в конкретной точке для сформированного пучка, < /, >- теоретическое среднее значение интенсивности, N - число отсчетов.

1Р",-<"»2 100„/о (2)

N-1 < 1с >

где: и>( - значение ширины вдоль кривой, < V/ >- усредненное значение для ширины вдоль кривой, N - число отсчетов.

где: <№>г- усредненное значение ширины кривой для экспериментально реализованного распределения интенсивности, <№>,- усредненное значение ширины кривой для теоретически рассчитанного распределения интенсивности.

Параметр те зависит от качества передачи фазового профиля транспарантом (как точно воспроизводится фазовый профиль на дифракционном элементе, например на основе БХЖ или ЖК ПМС) и от устойчивости пространственного распределения интенсивности к искажениям, вносимым при формировании вихревого светового поля.

Основные результаты анализа качества для вихревого светового поля в виде границы квадрата приведены в таблице:

Реализация поля 51, % ЯМБи», %* те, %*

Теория 0 11,5 0

На слоях БХЖ 36 15,4 121

ЖК ПМС 28 11,6 16

*- берется для уровня, где интенсивность спадает в 2 раза.

Видно, что точность воспроизведения вихревых световых полей, рассчитанных на основе оптики спиральных пучков, фазовыми ЖК ПМС примерно на 30% выше, чем с помощью фазовых транспарантов на слоях БХЖ.

Рассмотрена модель взаимодействия оптической ловушки с диэлектрической прозрачной микрочастицей, размеры которой больше, чем длина световой волны. Вычисления проводились в рамках геометрической и волновой оптики (учет геометрии светового пучка в области перетяжки и коэффициенты Френеля). Использование геометрооптического приближения для расчета сил было предложено А. Эшкиным. Однако работы, посвященные расчету сил, ограничи-

вались частными случаями. В ряде описанных методов накладывалось ограничение либо на форму микрообъектов, либо на распределение интенсивности в лазерной ловушке (Nieminen Т.А., Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2001). В работе (Скиданов P.B., Компьютерная оптика, 2005) описывается метод, позволяющий рассчитывать силы захвата для микрообъектов произвольной формы с произвольным световым полем, однако не учитываются силы, возникающие при отражении от поверхностей. В диссертации разработан метод, учитывающий силы, возникающие при отражении от поверхностей частицы и геометрию светового пучка в области перетяжки. Найдены градиентные силы, действующие на микрочастицу в поле вихревого лазерного пучка. При моделировании не учитывалась дифракция лазерного пучка на микрообъективе. Разработанная модель использовалась при расчете сил, возникающих при захвате и перемещении диэлектрических микрообъектов по траекториям, сформированным вихревыми полями, а также для расчета сил удержания эритроцитов человека в поле лазерной ловушки.

В данной главе также теоретически обосновывается возможность формирования и управления положением набора оптических ловушек для деформации микрообъектов посредством перемещения фазовой дифракционной решетки вдоль оптической оси. Принцип действия предложенной схемы приведен на рис. 1. Дифракционная решетка освещается сходящимся гауссовым пучком света. В фокальной плоскости линзы L1 формируются дифракционные порядки, которые проецируются микрообъективом L2 в плоскость манипулирования (U7)

Рис. 1. Схема формирования массива ловушек с использованием дифракционной решетки

Uc,(0D L1 ДР

dT~fi) cb Р cb& I <Ь

Был выполнен расчет интенсивности дифрагированного поля в плоскости манипулирования для различных положений решетки. В расчете учитывалось: поле во входной плоскости в виде гауссова пучка, функции пропускания свободного пространства, линз и фазовой дифракционной решетки. В качестве исходных использовались следующие параметры: радиус перетяжки гауссова пучка во входной плоскости ю„ = 10 мм, длина волны X = 1,08 мкм, расстояние от входной плоскости (и0) до согласующей линзы с1| = 500 мм, показатель преломления линз п= 1,53, фокусные расстояния линзы Ь1 и микрообъектива Ь2 составляют 500 мм и 4,35 мм, соответственно. Расстояние от согласующей линзы до дифракционной решетки с^ изменялось от 0 до 500 мм (в качестве иллюстрации на рисунке выбраны расстояния с маркерами 1- 3, что соответственно равно 0 мм, 200 мм и 500 мм). На рис. 1. на схеме цифрами 1-3 обозначены положения решетки, а на нижних графиках - положения максимумов и распределения интенсивности в ловушках в плоскости манипулирования (и7).

Таким образом, перемещая решетку с периодом 25 мкм непосредственно от линзы Ы до ее фокуса, можно изменять расстояние между максимумами в плоскости манипулирования от 0 мкм до 12 мкм при неизменном распределении интенсивности в них.

Третья глава посвящена апробации в задачах микроманипуляции спиральных световых пучков и световых полей с вихревой составляющей, формируемых фазовыми транспарантами, расчет которых производился с применением оптики спиральных пучков.

Механизм перемещения слабопоглощающих микрообъектов по траекториям, сформированным вихревыми полями, осуществлялся за счет сил, возникающих при преломлении и отражении световых лучей на их поверхностях. Величина и направление приложенных сил зависит от геометрических параметров микрообъектов, относительных показателей преломления среды и частицы, а также от наклона волнового фронта в рассматриваемой точке поля. В качестве слабопоглощающих микрообъектов, как показали проведенные оценки, можно использовать диэлектрические микрообъекты с коэффициентами поглощения порядка 10"9см"'. В основе оценок предполагалось, что градиентная сила должна преобладать над силой рассеяния (условие осуществления трехмерного захвата).

Для проведения экспериментов по манипулированию вихревыми полями была создана экспериментальная установка, представленная на рис. 2. В установке использовался аргоновый (Я = 0,49 мкм) лазер ЛГН-503 мощностью 5 Вт. Расширенный с помощью коллиматора лазерной пучок освещал дифракционный оптический элемент (ДОЭ) и направлялся в микроскоп МИН-8 с иммерсионным микрообъективом (60х, ЫА = 0,85). Система позволяла формировать в отсутствие ДОЭ лазерный пучок с перетяжкой диаметром около 1,5 мкм. Излучение заводилось в кювету сверху вниз. Для уменьшения влияния трения была использована инвертированная схема экспериментальной установки, собранная на базе модернизированного микроскопа МИИ-4. Лазерный пучок в такой схеме подводится к объектам снизу, для чего была изготовлена кювета с толщиной

дна 70 мкм со сквозным отверстием в дне диаметром 700 мкм. Капля жидкости с исследуемыми частицами помещалась над отверстием на верхнюю поверхность кюветы. Жидкость удерживалась за счет сил поверхностного натяжения. Снизу кюветы подводился микрообъектив. Таким образом устранялось влияние на движение частицы сил трения о дно кюветы. Манипуляция микрообъектами проводилась на границе раздела воздух-жидкость.

¡У Аг лазер

/г----------------------Л \

Инвертированная схема

\" ■

¡iM j-----, , :

Осветитель5^' Рис. 2. Схема экспериментальной установки

Были проведены эксперименты по перемещению микрообъектов по траекториям в виде границы квадрата и спирали Архимеда спиральными пучками, а также полями, сформированными фазовыми транспарантами, рассчитанными на основе оптики спиральных пучков. В качестве микрообъектов использовались помещенные в воду частицы цетилпиридинийбромида, а также микросферы латекса размером от 1,2 до 6,1 мкм. Получено, что при одинаковой мощности излучения во входной плоскости скорость перемещения микрочастиц полями, сформированными синтезированными фазовыми элементами, в 2-2.5 раза превышает скорость перемещения для спиральных пучков. На рис.3, показано перемещение микрочастиц латекса по спирали Архимеда. Скорость движения микрочастицы зависит от положения частицы на траектории. На внешнем витке спирали угловая скорость составляла около 6Т0 "3 Гц, на внутреннем витке около 210 "3 Гц при мощности пучка 40±8 мВт. Это хорошо согласуется с тем, что наклон волнового фронта для данного светового поля не постоянен вдоль траектории. Поворот маски на 180° в горизонтальной плоскости меняет знак углового момента пучка, и частицы вращаются в противоположном направлении.

Рис. 3. Перемещение частицы латекса размером 3,2 мкм вдоль границы спирали Архимеда, сформированной фазовым транспарантом. Мощность излучения ~ 40±8 мВт

Проведено сравнение численных и экспериментальных результатов для скорости перемещения микрочастицы вдоль траекторий на примере светового поля в виде границы квадрата. Интенсивность светового поля вдоль всей траектории приблизительно постоянна, но угол наклона волнового фронта изменяется при движении вдоль траектории (рис.4). Это приводит к тому, что поперечная составляющая импульса (направленная по касательной к траектории), передаваемого световой волной микрочастице, зависит от положения частицы на траектории. Расчетные и экспериментальные зависимости мгновенной скорости микрочастицы при движении ее по стороне квадрата показаны на рис.4. Ошибка эксперимента не превышает 30%. Видно, что характер изменения скорости движения частицы совпадает с градиентом фазы световой волны вдоль данного участка траектории.

0,2 —I-1_I-1_I_1111

0 2 4 6 8 мкм

Рис. 4. Мгновенная скорость движения частицы вдоль одной из сторон квадрата между маркерами а-б (пунктирной линией показаны экспериментальные данные, сплошной - расчетные)

Для полей, сформированных различными видами транспарантов, были теоретически рассчитаны усредненные значения силы в заданной е-окрестности кривой, действующей на частицу при движении вдоль стороны квадрата, обусловленной наклоном волнового фронта. На рис.5 представлены результаты для трех видов пучков: спирального пучка; пучка, сформированного фазовым транспарантом от спирального пучка; пучка, сформированного фазовым транс-

парантом, рассчитанным итерационным алгоритмом Герчберга-Сэкстона. Рассчитанный суммарный передаваемый импульс вдоль траектории для спиральных пучков был в среднем на 50% больше, чем для их "фазовых аналогов" при одинаковых значениях суммарной энергии в выходной плоскости.

Р, пН

2,5 2,0 1,5

1,0

0,5

14 х, мкм

Рис. 5. Усредненное значение силы, действующей на частицу при движении вдоль стороны квадрата, обусловленной наклоном волнового фронта, (а) - для спирального пучка, (б) - для пучка, сформированного фазовым транспарантом от спирального пучка, (в) - для пучка, сформированного фазовым транспарантом, рассчитанным итерационным алгоритмом

Четвертая глава посвящена развитию применений методов лазерного манипулирования, основанных как на использовании вихревых световых полей, так и традиционного пинцета.

Были проведены эксперименты по изгибанию протяженных микрообъектов за счет их расположения вдоль кривых различного вида, заданных распределением интенсивности светового поля. Как и полагалось, протяженный объект имеет тенденцию расположиться вдоль такой линии лишь при условии, что оптическая сила захвата превышает упругую силу изгиба микрообъекта. Поскольку у вихревых световых полей в виде кривых световая энергия сильно «размазана» по пространству, возникающие механические силы оказались недостаточными для значительной деформации таких биообъектов как эритроциты человека, клетки bacillus subtilis и т.д. Деформации были реализованы на специально созданных «мягких» модельных объектах в виде цепочек сфер латекса вихревым полем в виде спирали Архимеда. При мощности поля в плоскости манипулирования равной 40 мВт, градиентная сила, действующая на слабо-поглощающую микросферу диаметром 3,2 мкм, составляла около 0,1 пН, что позволило изогнуть протяженный микрообъект по спирали Архимеда. Для приложения больших значений сил к деформируемым объектам целесообразно использовать сильно локализованные поля, например, в виде набора одиночных ловушек.

Был предложен метод определения деформируемости биологических объектов на основе изменения расстояния между оптическими ловушками при

неизменном распределении интенсивности в них посредством дифракционной решетки. Проведено деформирование реальных биообъектов (эритроцитов человека) как с использованием разработанного метода, так и с помощью одно-пучковой ловушки. Важным для клинических применений является использование малых объемов крови и небольшого времени на подготовку образцов. Оба из рассмотренных методов удовлетворяют этим требования. Суть первого способа состоит в следующем. В фокальной плоскости микроскопа с помощью дифракционной решетки формировался набор световых пятен (рис. 2 прямая схема). В установке использовался волоконный лазер с длиной волны излучения 1,08 мкм и максимальной выходной мощностью 3 Вт. Выбранная длина волны позволяла попасть в полосу прозрачности эритроцитов и минимизировать негативное воздействие излучения на объект. Эритроцит захватывался в два соседних максимума (пучка) дифракционной решетки, и растягивался посредством перемещения решетки вдоль оптической оси.

Данная методика сравнивалась с методом однопучковой ловушки. В этом случае лазерный пучок заводился в микроскоп без дифракционной решетки. В фокальной плоскости микроскопа формировалось одиночное пятно. К эритроцитам приклеивались латексные шарики.

Эксперименты по деформированию проводились при комнатной температуре на двух группах эритроцитов, заведомо отличающихся друг от друга по возрасту. Одна группа находилась на ранней стадии жизни, другая - на заключительной. Продолжительность жизни эритроцитов составляет 110-120 дней, известно, что в течение жизни деформируемость их оболочки уменьшается (Mohandas N., Seminare in Hematology, 1983). Перед началом эксперимента по деформированию эритроцитов была проведена калибровка оптической ловушки с использованием метода отрывных сил.

Деформируемости молодых и старых эритроцитов отличается примерно в два раза. Результаты получены обоими методами и согласуются с дополнительно проведенными исследованиями с помощью метода фильтруемости.

Также в главе представлены эксперименты по оптической сортировке микрочастиц лазерным пучком основной моды Гаусса ТЕМ00. В основе принципа оптической сортировки лежит тот факт, что при воздействии лазерной ловушки на микрообъекты с различными параметрами (размерами, показателем преломления, коэффициентом поглощения и т.д.) возникают различные по модулю и направлению силы. Для определения параметров микрочастиц для реализации оптической сортировки необходимо совместить зависимости максимальных поперечных сил захвата (1-ая кривая на рис.6) и сил трения (силы трения определяются из выражения (4)) от радиуса микрочастиц (2-ая кривая на рис.6). При заданной скорости перемещения светового пятна (или прокачивания жидкости через микроканалы) будет наблюдаться захват тех микрочастиц, для которых сила захвата преобладает над силой трения. Таким образом могут быть отсортированы частицы определенного размера. Так из рис. 6 видно, что при скорости потока (или скорости перемещения пятна) V=75 мкм/сек захватываться будут только микросферы (п=1,58) с радиусом от 1,2 мкм до 2,6 мкм.

(4)

Аналогично, производится сортировка для частиц с различным показателем преломления.

р- впцгУ

~|-9(гИ'У ^Т-Л

16^/1^ я{и) 256VЛ) 161 где г/ - вязкость жидкости (для воды при комнатной температуре ц= 0,0013 Па*с), г - радиус частицы (г~3,6 мкм), И - расстояние от центра частицы до стенки (И ~ 4 мкм), V - скорость перемещения микрообъекта.

^//Теория —.^^-Эксперимент

г, мкм

Рис. 6. Зависимости максимальных поперечных сил захвата и сил трения от радиуса микрочастиц. Мощность пучка составляла 12 мВт

Параметром, характеризующим эффективность оптического захвата, может выступать отношение радиуса захватываемых частиц г к радиусу перетяжки пучка (о0. Экспериментально и теоретически установлено, что сила захвата

максимальна для отношения — лежащими в интервале от 2 до 3. Под эффек-

щ>

тивностью захвата понимается максимальная сила захвата при фиксированных параметрах поля и микрообъекта.

Продемонстрирована работа микромиксера. Иллюстрация вращения склеенных сфер латекса вихревым пучком в виде спирали Архимеда представлена на рис. 7. Вращающиеся частицы увлекают за собой органические частички в жидкости.

\ \ |

1 10 мкм 9 10 мкм ч К) мкм ||111111111111"1" •

Рис.7. Микромиксер на основе спирали Архимеда.

Частота вращения зависит как от мощности лазера, так и от параметров микрочастицы (показателя преломления, формы, размеров) и окружающей среды (показателя преломления, вязкости). Максимальная частота вращения частиц (размером около 30 мкм), достигнутая на эксперименте, составляла около 1,2 Гц при мощности пучка около 100 мВт. При этом частице передавался момент вращения порядка 10~'5 Н-м.

В заключении приведены основные результаты, полученные в работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Изготовлены фазовые транспаранты, позволяющие формировать вихревые поля в виде границы квадрата и спирали Архимеда на основе бихро-мированной желатины.

2. Теоретически и экспериментально исследованы вихревые световые поля в виде границы квадрата и спирали Архимеда, сформированные амплитудно-фазовыми и фазовыми транспарантами. Экспериментально измеренные энергетические эффективности формирования полей амплитудно-фазовыми, фазовыми транспарантами на основе бихромированной желатины и жидкокристаллическими пространственными модуляторами света составили 15%, 60% и 25% соответственно.

3. Точность воспроизведения исследованных вихревых световых полей, рассчитанных на основе оптики спиральных пучков, фазовыми жидкокристаллическими пространственными модуляторами света примерно на 30% выше, чем с помощью фазовых транспарантов на слоях бихромированной желатины.

4. Создана экспериментальная установка, позволяющая работать в прямом и инвертированном режимах подвода излучения для проведения экспериментов по манипулированию и деформированию микроскопических объектов как массивом одиночных ловушек, так и вихревыми полями.

5. Исследовано взаимодействие вихревых световых полей в виде кривых со слабопоглощающими микрообъектами с радиусами от 1,2 мкм до 6,1 мкм. При одинаковой мощности излучения во входной плоскости ско-

рость перемещения микрочастиц полями, сформированными синтезированными фазовыми элементами, в 2-2.5 раза превышает скорость перемещения для спиральных пучков.

6. Разработан метод определения деформируемости биологических объектов на основе изменения расстояния между оптическими ловушками при неизменном распределении интенсивности в них посредством дифракционной решетки.

7. Показана возможность использования однопучковой и многопучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека.

8. Показана принципиальная возможность создания микромиксеров на основе вихревых полей. Изменяя мощность пучка, можно контролировать крутящий момент, передаваемый от вихревого поля микрообъектам.

9. Исследована возможность сортировки микрообъектов по размеру и показателю преломления. Найдено, что максимальная сила захвата для моды Гаусса TEMqq наблюдается при отношении радиуса сферы к радиусу перетяжки пучка в интервале от 2 до 3. Это позволяет сортировать микрообъекты в указанном диапазоне с погрешностью, не превышающей 10%.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Список публикаций в ведущих рецензируемых научных журналах, определённых ВАК

1. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г., Котова С.П., Коробцов A.B., Лосевский H.H., Майорова A.M., Рахматуллин М.А. Манипуляция микрообъектами с использованием с использованием лазерных пучков с ненулевым орбитальным моментом // Лазерная физика. 2006. V.16. No 5. - С. 1-7.

2. Афанасьев К.Н., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский H.H. Световые поля с ненулевым угловым моментом для лазерного микроманипулирования // Известия Самарского Научного Центра РАН. 2007. Самара. Т.9. №3,-С. 615-620.

3. Абрамочкин Е.Г., Афанасьев К.Н., Волостников В.Г., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский H.H., Майорова A.M., Разуева Е.В. Формирование световых вихревых полей с заданной формой интенсивности для задач лазерной манипуляции микрообъектами // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 1. - С. 76-79.

4. Воронцов Е. Н., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский H.H. Динамический массив оптических ловушек для деформации вытянутых микрообъектов // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 12. - С. 17321734.

5. Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский H.H., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова H.A. Применение лазерного пинцета для Изучения механических свойств эритроцитов // Известия Самарского Научного Центра РАН. 2009. Т. 11.№3.-С. 76-81.

Список публикаций в других изданиях

6. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G. Experiments on microscopic objects movement along various fixed trajectories caused by spiral beams // Proceeding of SPIE. 2005. V.5771.

7. Коробцов A.B., Лосевский H.H., Разуева E.B. Манипуляция микрообъектами пучками с ненулевым угловым моментом, сформированными фазовыми транспарантами // «Когерентная оптика, и. оптическая спектроскопия»// Сборник статей. Выпуск 9.2005. Казань. - С.115-118.

8. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Рахматуллин М.А. Манипуляция микроскопическими объектами с помощью лазерных пучков с ненулевым орбитальным моментом // Лазерная физика и технология. Сборник трудов Самарского филиала ФИАН. 2005. Москва. - С. 190-199.

9. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Рахматуллин М.А. Манипуляция микрообъектами лазерными пучками с ненулевым орбитальным моментом // Второй Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике. Сборник конкурсных докладов. 2005. Самара. - С. 37-49.

10.Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами пучками с ненулевым угловым моментом, сформированными фазовыми транспарантами // Третий Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике. Сборник конкурсных докладов. 2005. Самара. -С. 185-190.

11.Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V. Experimental Realization of Light Beams with Vortical Component for Micro-Manipulation Problems // Proceeding of LFNM. 2006. V. 6. - PP. 279-282.

12.Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G Spiral type beams based laser manipulator// LPHYS. 2006. - P. 165.

1 З.Афанасьев K.H., Коробцов A.B., Лосевский H.H. Формирование световых полей с ненулевым угловым моментом для задач манипуляции микрообъектами // Четвертый Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике. Сборник конкурсных докладов. 2006. Самара.

М.Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Рахматуллин М.А., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами лазерными пучками со сложной структурой // Физика наукоемких технологий. Сборник статей. 2006. Иркутск.

15.Абрамочкин Е.Г., Афанасьев К.Н., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Формирование лазерных полей с ненулевым орбитальным моментом и их применение в задачах лазерного

манипулирования микрообъектами // Сборник научных трудов. Научная секция МИФИ. 2007. Москва. Т. 15.

16.Abramochkin E.G., Afanasiev K.N., , Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V., Volostnikov V.G Vortical laser tweezers with predetermined intensity structure // Proc of SPIE Optical traping & optical micromanipulation IV. 2007. No. 6644-35.

17.Abramochkin E.G, Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V., Volostnikov V.G Vortical Fields Based on Spiral Beam Optics for Laser Micromanipulation // Book of abstracts of the 16th-International Laser Physics Workshop (LPHYS'07). 2007. Leon. Mexico, -P. 100.

18.Афанасьев K.H., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Манипуляция микрообъектами при помощи вихревых световых полей // Пятый Самарский конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике. Сборник конкурсных докладов. 2007. Самара - С. 29-36.

19.Коробцов А.В., Лосевский Н.Н. Применение лазерного пинцета для изучения механических свойств эритроцитов // Всероссийская молодежная конференция "Шестой Самарский конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике". Сборник конкурсных докладов. 2008. Самара. - С. 58-64.

20.Korobtsov А.V., Kotova S.P., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Klenov R.O., Klenova N.A. Application of laser tweezers for the study of erythrocytes mechanical properties // Book of abstracts of the 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS'09). 2009. Barcelona. Spain. - P. 210.

21.Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Razueva E.V., Volostnikov V.G., Vorontsov E.N. Formation of the light fields in the shape of curves on the base of spiral-type-beam optics: details // Book of abstracts of the 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS'09). 2009. Barcelona. Spain. - P. 244.

22.Афанасьев K.H., Волостников В.Г., Воронцов Е.Н., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M. Манипуляция биологическими микрообъектами оптическими пинцетами различных типов // Альманах клинической медицины. 2008. Т. XVII. — С. 8-10.

Подписано в печать 28 сентября 2009 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Объём 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1745 443011 г. Самара, ул. Академика Павлова, 1 Отпечатано в УОП СамГУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Коробцов, Александр Викторович

Введение

1. Манипуляция микрообъектами лазерным излучением (обзор 14 литературы)

1.1. Характеристики оптического пинцета

1.2. Типы ловушек

1.2.1. Однопучковая ловушка

1.2.2. Двухпучковая ловушка

1.2.3. Интерференционная ловушка

1.3. Оптические ловушки с вихревой компонентой

1.3.1. Ловушки на основе вихревых аксиконов

1.3.2. Ловушки с использованием пучков Бесселя высших 28 порядков

1.3.3. Ловушки с использованием спиральных пучков

1.4. Формирование массивов ловушек

1.5. Динамическое управление

1.6. Расчет сил при оптическом захвате

1.7. Практическое применение оптической манипуляции мик- 43 рообъектами

1.8. Механические свойства эритроцитов

1.8.1. Общие сведения о крови

1.8.2. Значение деформируемости эритроцитов

1.8.3. Методы определения деформируемости эритроцитов 52 Основные результаты первой главы

2. Формирование и анализ световых полей для лазерного мани- 56 пулирования

2.1. Методика изготовления транспарантов для формирования 56 световых полей

2.2. Экспериментальное исследование световых полей

2.3. Определение сил, действующих со стороны светового поля 68 на диэлектрические частицы

2.4. Математическое моделирование действия дифракционной 75 решетки для деформирования микрообъектов

Основные результаты второй главы

3. Лазерный пинцет на основе вихревых полей

3.1. Механизм перемещения слабопоглощающих диэлектриче- 82 ских микрообъектов по траекториям

3.2. Экспериментальная установка для манипулирования

3.3. Манипуляция прозрачными диэлектрическими частицами

3.4. Сравнение численных и экспериментальных результатов

Основные результаты третей главы

4. Применения лазерной манипуляции

4.1. Изучение механических свойств биообъектов

4.2. Эксперименты по деформированию с применением вихре- 109 вых полей

4.3. Оптическая сортировка микрочастиц

4.4. Оптические "конвейеры" и миксеры в жидкостных микро- 115 системах

Основные результаты четвертой главы

Введение диссертация по физике, на тему "Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой"

Актуальность работы

Области применения лазерного манипулирования обусловлены масштабами силовых воздействий, получаемых с помощью оптической ловушки. Можно выделить несколько направлений прикладных исследований, в которых регулярно появляются сообщения о применении лазерного манипулирования для решения поставленных задач. К ним относятся: микромеханика, микробиология, медицина, химия и охлаждение атомов.

В ряде задач возникает необходимость перемещать микрообъекты по заданным траекториям, что в большинстве экспериментов осуществляют путем механического перемещения либо пучка, либо предметного столика микроскопа. Для реализации временного разделения используются быстрые отражатели, перемещающие лазерный пучок от одной частицы к другой по циклу с частотой в несколько килогерц. Известен способ управления положением захватывающего пучка с помощью адаптивных зеркал или акустооптических модуляторов [39]. Существуют работы, в которых перемещение захваченной частицы по заданной траектории осуществляется за счет движения светового пятна, которое вызывается либо изменением интерференционной картины [22], либо проекцией исходного перемещающегося пятна с экрана монитора [57]. В работе [87] для перемещения микрочастиц по окружностям используются пучки Бесселя и вихревые поля в форме окружностей, сформированные дифракционными оптическими элементами.

Перспективным является расширение функциональных возможностей данного инструментария. В работе [10] показана принципиальная возможность перемещения микрочастиц по траектории в виде границы треугольника, сформированной спиральным пучком. Подход основан на использовании оптики спиральных пучков [113]. Пространственная структура спиральных пучков может быть весьма разнообразной, например, в форме плоских кривых. Важными особенностями спиральных пучков являются сохранение их пространственной структуры при распространении и фокусировке, а также наличие углового момента. Для экспериментальной реализации этих пучков требуется наличие амплитудного транспаранта, что ограничивает их применение для задач микроманипулирования, требующих высокую энергетическую эффективность и возможность динамического формирования полей.

Одним из перспективных направлений применения лазерного пинцета в биологии и медицине является исследование механических свойств нано- и микроразмерных биологических объектов (молекул ДНК, хромосом, нервных волокон и др.), которые наряду с другими физическими и химическими характеристиками определяют процессы роста и развития организмов, задание конкретной формы организма, его функционирование. Эти свойства отличаются для больных и здоровых тканей, что позволяет осуществлять диагностику заболеваний.

Изучение механических свойств биообъектов требует привлечения специализированного инструментария, который может быть реализован как с использованием вихревых полей, так и массивом ловушек. Применение вихревых полей обеспечивает возможность наложения неоднородных деформаций на микрообъекты. В ряде задач, например, при определении деформируемости эритроцитов для задания характера приложенных сил и увеличения величины сил целесообразно использовать массивы одиночных ловушек. Известен метод деформации эритроцитов с использованием массива лазерных ловушек, сформированных с помощью жидкокристаллических пространственных модуляторов света (ЖК ПМС) [76]. Однако, ввиду сложности и дороговизны данного метода, представляется актуальным разработка простого и эффективного метода деформирования биологических микрообъектов с помощью лазерных ловушек.

5. Исследовать возможность использования лазерного пинцета для сортировки микрообъектов.

Научная новизна работы:

3. Показана возможность использования однопучковой и много пучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека.

4. Определен критерий эффективности захвата сферических микрообъектов для моды Гаусса ТЕМ00.

Основные положения, выносимые на защиту:

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах Самарского филиала Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н.Лебедева РАН, на научных конференциях студентов, аспирантов и преподавателей Самарского государственного университета (Самара, 2004 - 2009 гг.), на II - VI Самарских конкурсах-конференциях научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике (Самара, 2004 — 2008 гг.), на международной школе молодых учёных и студентов "Saratov Fall Meeting 2004" (Саратов, 2004 г.), на девятой всероссийской научной молодёжной школе "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия" (Казань, 2005), на международной конференции 15-th annual International Laser Physics Workshop (Lausanne, Switzerland, 2006), на международной конференции SPIE Optics and Photonics 2007: Optical trapping and Optical Manipulation IV (San Diego, USA, 2007), на международной конференции 16-th annual International Laser Physics Workshop (Leon, Mexico, 2007), на IX всероссийской школе-семинаре "Физика и применение микроволн" (Звенигород, 2007), на X Международных Чтениях по квантовой оптики (Самара, 2007), на международной конференции 8-th Asia-Pacific Conference of Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics, APCOM (Tokyo, Japan, 2008), на конференции "Медицинская физика и инновации в медицине" (Троицк, 2008), на конференции "Металлдеформ 2009" (Самара, 2009), на международной конференции 18th International Laser Physics Workshop (Barcelona, Spain, 2009).

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

Выводы к главе 4

В ходе работы разработан метод определения деформируемости биологических объектов на основе изменения расстояния между оптическими ловушками при неизменном распределении интенсивности в них посредством дифракционной решетки. Показана возможность использования однопучковой и многопучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека. Получено, что относительная деформация для молодых и старых эритроцитов отличается практически в два раза, что согласуется с дополнительно проведенными исследованиями по определению индекса фильтруемости. Методы не требовательны к чистоте (выделение групп однородных по размеру, подготовки образцов с высоким гематокритным числом и т.д.) приготовления образцов. При этом метод с использованием многопучковой ловушки менее требователен к качеству приготовленных образцов, однако он более ограничен с точки зрения энергетической эффективности, поскольку в нужные порядки дифракции идет не более 60% энергии лазерного излучения, что приводит к большей погрешности измерений (23 - 41%) по сравнению с методом однопучковой ловушки (19 — 24 %). Стоит отметить, что для проведения экспериментов достаточно несколько пиколитров крови.

Проведены эксперименты по деформированию биологических и модельных микрообъектов вихревыми полями. При использовании вихревых полей с виде спирали Архимеда мощностью 50 мВт удалось осуществить линейную деформацию клеток водорослей на 25%. В проведенных экспериментах по изгибу микрообъектов было выявлено, что с помощью вихревых полей не удается осуществить деформацию изгиба объекта по причине малости плотности мощности светового поля. Деформация была осуществлена на модельных микрообъектах.

Показана принципиальная возможность создания микромиксеров на основе вихревых полей. Изменяя мощность пучка, можно контролировать крутящий момент, передаваемый от вихревого поля микрообъектам.

Максимальная частота вращения частиц (размером около 30 мкм), достигнутая на эксперименте, составляла около 1,2 Гц при мощности пучка около 100 мВт. Что соответствует передаваемому моменту вращения порядка 1(Г15 Н-м.

Исследована возможность сортировки микрообъектов по размеру и показателю преломления. Найдено, что максимальная сила захвата для моды Гаусса TEMqo наблюдается при отношении радиуса сферы к радиусу перетяжки пучка в интервале от 2 до 3. Это позволяет сортировать микрообъекты в указанном диапазоне с погрешностью, не превышающей 10%.

Заключение

3. Энергетическая эффективность исследованных вихревых полей, сформированных фазовыми транспарантами, рассчитанными на основе оптики спиральных пучков, в 3-4 раза выше эффективности спиральных пучков.

4. Точность воспроизведения исследованных вихревых световых полей, рассчитанных на основе оптики спиральных пучков, фазовыми жидкокристаллическими пространственными модуляторами света примерно на 30% выше, чем с помощью фазовых транспарантов на слоях бихромированной желатины.

5. Создана экспериментальная установка, позволяющая работать в прямом и инвертированном режимах подвода излучения для проведения экспериментов по манипулированию и деформированию микроскопических объектов как массивом одиночных ловушек, так и вихревыми полями.

6. Исследовано взаимодействие вихревых световых полей в виде кривых со слабопоглощающими микрообъектами с радиусами от 1,2 мкм до 6,1 мкм. При одинаковой мощности излучения лазерного источника скорость перемещения микрочастиц полями, сформированными синтезированными фазовыми элементами, в 2-2,5 раза превышает скорость перемещения для спиральных пучков.

7. Разработан метод определения деформируемости биологических объектов на основе изменения расстояния между оптическими ловушками при неизменном распределении интенсивности в них посредством дифракционной решетки.

8. Показана возможность использования однопучковой и многопучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека.

9. Показана принципиальная возможность создания микромиксеров на основе вихревых полей. Изменяя мощность пучка, можно контролировать крутящий момент, передаваемый от вихревого поля микрообъектам.

Ю.Исследована возможность сортировки микрообъектов по размеру и показателю преломления. Найдено, что максимальная сила захвата для моды Гаусса ТЕМоо наблюдается при отношении радиуса сферы к радиусу перетяжки пучка в интервале от 2 до 3. Это позволяет сортировать микрообъекты в указанном диапазоне с погрешностью, не превышающей 10%.

Список авторской литературы la. Abramochkin E.G., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayo-rovaA.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Microobject Manipulation Using Laser Beams with Nonzero Orbital Angular Momentum // Laser Physics. 2006. V.16.-N. 5. P. 1-7.

2a. Афанасьев K.H., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Световые поля с ненулевым угловым моментом для лазерного микроманипулирования // Известия Самарского Научного Центра РАН. Самара 2007. Т. 9. №3. С. 615-620.

За. Абрамочкин Е.Г., Афанасьев К.Н., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Разуева Е.В. Формирование световых вихревых полей с заданной формой интенсивности для задач лазерной манипуляции микрообъектами // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 1. С. 76-79.

4а. Воронцов Е. Н., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Динамический массив оптических ловушек для деформации вытянутых микрообъектов // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 12. С. 1732-1734.

5а. Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова Н.А. Применение лазерного пинцета для Изучения механических свойств эритроцитов // Известия Самарского Научного Центра РАН. 2009. Т. 11. №3. С. 76-81.

6а. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G. Experiments on microscopic objects movement along various fixed trajectories caused by spiral beams // Proceeding of SPIE. 2005. V.5771.

7а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами пучками с ненулевым угловым моментом, сформированными фазовыми транспарантами // «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия»// Сборник статей, выпуск 9. 2005. С. 115-118.

8а. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Рахматуллин М.А. Манипуляция микроскопическими объектами с помощью лазерных пучков с ненулевым орбитальным моментом // Лазерная физика и технология, сборник трудов Самарского филиала ФИАН. Москва 2005. С. 190-199.

9а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Рахматуллин М.А. Манипуляция микрообъектами лазерными пучками с ненулевым орбитальным моментом// Второй Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике// Сборник конкурсных докладов. Самара 2005. С. 37-49.

10а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами пучками с ненулевым угловым моментом, сформированными фазовыми транспарантами // Третий Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике// Сборник конкурсных докладов. Самара 2005. С. 185-190.

11а. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V. Experimental Realization of Light Beams with Vortical Component for Micro-Manipulation Problems // Proceeding of LFNM. 2006. V. 6. P. 279-282.

12a. Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G. Spiral type beams based laser manipulator//LPHYS. 2006. P. 165.

13а. Афанасьев К.Н., Коробцов А.В., Лосевский Н.Н. Формирование световых полей с ненулевым угловым моментом для задач манипуляции микрообъектами // Четвертый Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике// Сборник конкурсных докладов. Самара 2006.

14а. Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Рахматуллин М.А., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами лазерными пучками со сложной структурой // Физика наукоемких технологий. Сборник статей. Иркутск 2006.

15а. Абрамочкин Е.Г., Афанасьев К.Н., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Формирование лазерных полей с ненулевым орбитальным моментом и их применение в задачах лазерного манипулирования микрообъектами // Сборник научных трудов, научная секция МИФИ. 2007. Т. 15.

16а. Abramochkin E.G., Afanasiev K.N., , Kotova S.P., Korobtsov^A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V., Volostnikov V.G. Vortical laser tweezers with predetermined intensity structure // Optical traping & optical micromanipulation IV. Proc of SPIE . 2007. N. 6644-35.

17a. Abramochkin E.G., Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V., Volostnikov V.G. Vortical Fields Based on Spiral Beam Optics for Laser Micromanipulation // Book of abstracts of the 16th International Laser Physics Workshop // Leon. Mexico. 2007. P. 100.

18a. Афанасьев K.H., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Манипуляция микрообъектами при помощи вихревых световых полей // Пятый Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике // Сборник конt курсных докладов. Самара. 2007. С. 29-36.

19а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н. Применение лазерного пинцета для изучения механических свойств эритроцитов // Шестой Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике // Сборник конкурсных докладов. Самара. 2008. С. 58-64.

20а. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Klenov R.O., Klenova N.A. Application of laser tweezers for the study of erythrocytes mechanical properties // Book of abstracts of the 18th International Laser Physics Workshop //Barcelona. Spain. 2009. P. 210.

21a. Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Razueva E.V., Volostnikov V.G., Vorontsov E.N. Formation of the light fields in the shape of curves on the base of spiral-type-beam optics: details // Book of abstracts of the 18th International Laser Physics Workshop // Barcelona. Spain. 2009. P. 244.

22a. Афанасьев K.H., Волостников В.Г., Воронцов E.H., Коробцов А.В., Кото-ва С.П., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова Н.А. Манипуляция биологическими микрообъектами оптическими пинцетами различных типов // Альманах клинической медицины. 2008. Т. XVII. С. 8-10.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Коробцов, Александр Викторович, Самара

1. Dao М., Lim С. Т., Suresh S. Mechanics of the human red blood cell deformed by optical tweezers// J. Mech. Phys. Solids. 2003. V. 51. P. 2259-2280.

2. Friese M.E.J, et al. Optically driven micromachine elements // Appl. Phys. Lett. 2001. v. 78. N. 4. P. 547-549.

3. Galajda P., Ormos P. Complex micromachines produced and driven by light // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. N. 2. P. 249-251.

4. Abramochkin E., Volostnikov V. Spiral-type beams: optical and quantum aspects // Opt. Comm. 1996. V. 125. P. 302.

5. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник М.: Изд-во МГУ. 1998.

6. Сойфер В.А., Котляр В.В., Хонина С.Н. Оптическое манипулирование микрообъектами: достижения и новые возможности, порожденные дифракционной оптикой // Журн. Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2004. Т. 35. Вып. 6.

7. Лебедев П.Н. Максвелло-бартолиевские силы давления лучистой энергии // Журн. Русск. Физ.- Хим. О-ва. 1900. Т. 32. Вып. 8. С. 211.

8. Эшкин А. Давление лазерного излучения // УФН. 1973. Т. 110. Вып. 1. — С. 101-114.

9. Ashkin A. et al. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles // Opt. Lett. 1986. V. 11, No. 5. P. 288-290.

10. Рахматулин M.A. Диссертационная работа: Разработка методов манипуляций микрообъектами лазерным излучением // СамГУ, 2003, Самара.

11. Malagnino N. et al. Measurements of trapping efficiency and stiffness in optical tweezers // Opt. Commun. 2002. V. 214. P. 15-24.

12. Ren K.F., Grehan G., Gouesbet G. Prediction of the reverse radiation pressure by generalized Lorenz- Mie theory // Appl. Opt. 1996. V. 35. P. 2702- 2710.

13. Harada Y., Asakura T. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime // Opt. Commun. 1996. V. 124. P. 529- 541.

14. Ashkin A. The pressure of laser light // Scientific American. 1972. - V.226, No 2. - P. 63.

15. Ashkin A., Dziedzic J. M. Optical levitation by radiation pressure // Appl. Phys. Lett. 1971. - V. 19, - P. 283.

16. Ashkin A. Applications of laser radiation pressure // Science. 1980. - V. 210. -P. 1081.

17. Omori R., Kobayashi Т., Suzuki A. Observation of a single-beam gradient-force optical trap for dielectric particles in air // Opt. Lett. 1997. - V. 22. - № 11-P. 816-818.

18. Ashkin A. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime // Biophys. J. 1992. - V. 61. - p. 569-582.

19. Higurashi E., Ohguchi O., Ukita H. Optical trapping of low-refractive-index microfabricated objects using radiation pressure exerted on their inner walls // Opt. Lett. 1995. V. 20.-№ 19.-P. 1931-1933.

20. Moothoo D.N. et al. Beth's experiments using optical rweezers // Am. J. Phys. 2001. V. 69. No. 3. P. 271-276.

21. Filkin V.V., Kotova S.P., Losevsky N.N., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Yakutkin V.V. Microobject manipulation by laser beams with nonzero orbital momentum // Proceeding of SPIE. 2002. - V. 5129. - P. 247-252-:

22. Paterson L., MacDonald M.P., Arlt J., Sibbett W., Bryant P.E., Dholakia K. Controlled rotation of optically trapped microscopic particles // Science. -2001. V. 292.-P. 912-914.

23. Roosen G., Imbert C. Optical levitation by means of two horizontal laser beams: a theoretical and experimental study // Phys. Lett. 1976. - V. 59A. -№ 1. - P. 6-8.

24. Cai W., Li F., Sun S., Wang Y. Optical levitation measurements with intensity-modulated light beams // Appl. Opt. 1997. - V. 36. - № 30. - P. 7860-7863.

25. Rubinov A.N., Katarkevich V.M., Afanasev A.A., Efendiev T.Sh. // Optics Communications, 2003. V. 224. P. 97.

26. Fournier J.-M., Rohner J., Salathe R.-P. et al. Assembling mesoscopic particles by various optical schemes // Proc. of SPIE. 2005. 59300Y. pp. 1-10.

27. Ng J., Chan C.T., Sheng P., Lin Z. "Strong optical force induced by motphol-ogy-dependant resonances" // Opt. Lett. 2005. 30, 15, pp. 1956-1958.

28. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г., Лосевский H.H. "Устройство для фокусировки излучения"./ а.с. 1730606 СССР, 1990г.

29. Courtial J., Zambrini R. et. al "Angular momentum of optical vortex arrays"/ OPTICS EXPRESS, Vol.14, No.2, 2006, pp.938-949.

30. Rodrigo P., Eriksen R., Daria V., Gluckstad J. Interactive light-driven and parallel manipulation of inhomogeneous particles // Opt. Express, 2002, V.10, No.26, pp. 1550-1556.

31. Bingelyte V., Leach J., Courtial J., Padgett M. J. Optically controlled three-dimensional of microscopic objects // Appl. Phys. Lett., 2003, V.82, No.5, pp. 829-831.

32. Rodrigo P. J., Perch-Nielsen I. R., Gluckstad, J. Three-dimensional forces in gpc-based counterpropagating-beam traps // Opt. Express 2006. - V. 14, -pp. 5812-5822.

33. Liesener J., Reicherter M., Haist Т., Tiziani H. J. Multi-functional optical tweezers using computer gererated holograms // Opt. Commun. 185, 77, 2000.

34. Martin-Badosa E., Montes-Usategui M., Carnicer, A., Andilla J., Pleguezuelos E., Juvells I. Design strategies for optimizing holographic optial tweezers setups // J. Opt. A. 2007. V. 9. pp. 267-277.

35. Pattanayak D. N., Agrawal G. P. Representation of vector electromagnetic beams // Phys. Rev. A. 1980. - V. 22. - p. 1159.

36. Ozkan M., Pisanic Т., Scheel J., Barlow C., Esener S., Bhatia S. N. Electro-optical platform for the manipulation of live cells // Langmuir. 2003. V. 19. pp. 1532-1538.

37. Fallman E., Axner O. Design for fully steerable dual-trap optical tweezers // Appl. Opt. 36,2107, 1997.

38. Афанасьев K.H., Воронцов E.H. Массивы лазерных ловушек для деформации вытянутых микрообъектов // Сборник трудов СФ ФИАН. 2007.

39. Chapin С. S., Germain V., Dufresne E.R. // Optics Express, 2006 V.14, N.26. P. 13095.

40. Lafong A . Hossack W. J, Arlt J ., Nowakowski T . J ., Read N . D . Time-Multiplexed Laguerre-Gaussian holographic optical tweezers for biological applications.//Vol. 14, No. 7. OPTICS EXPRESS 2006, p. 3065-3072.

41. Hossack W. J., Theofanidou E., Crain J., "High speed holographic optical tweezers using a ferroelectric liquid crystal microdisplay," Opt. Express 11, 2053-2058. 2004.

42. Vass D. G., Hossack W. J., "A high resolution, full colour head mounted ferroelectric liquid crystal over silicon display," Ferroelectrics 213, 209-218 (1998).

43. Rodrigo P.J. et al. Shack-Hartmann multiple-beam optical tweezers // Optics Express. 2003. v.ll. No.3. p.208-214.

44. Vossena L. J. D., van der Horst A., Dogterom M., van Blaaderenb A. // Review of scientific instruments, 2004. V. 75. N. 9. P. 2960.

45. Волостников В.Г., Котова С.П., Рахматулин M.A. Управление скоростью вращения частицы, захваченной сфокусированным лазерным пучком, с помощью жидкокристаллического модулятора // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2000. т.2, №1. с.48-52.

46. Schonbrun Е. et. al. "3D interferometric optical tweezers using a single spatial light modulator"/ OPTICS EXPRESS, Vol.13, No.10, 2005, pp.3777-3786.

47. Perch-Nielsen I. R., Rodrigo P., Gltickstad J. Real-time interactive 3D manipulation of particles viewed in two orthogonal observation planes/ Opt. Express, Vol.13, No.8, 2005, pp.2852-2857.

48. Dufresne E. R. and Grier D. G., Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optical elements//, Rev. Sci. Instr. 69, 1974-1977 (1998).

49. Eriksen R. L., Daria V. R., and Gl'uckstad J., Fully dynamic multiple-beam optical tweezers//, Opt. Express 10, 597-602 (2002).

50. Hossack W. J., Theofanidou E., Crain J., Heggarty K., and Birch M., Highspeed holographic optical tweezers using a ferroelectric liquid crystal micro-display//, Opt. Express 11, 2053-2059 (2003).

51. Korda P. Т., Taylor M. В., and Grier D. G., Kinetically locked-in colloidal transport in an array of optical tweezers//, Phys. Rev. Lett. 89, 128301 (2002).

52. MacDonald M. P., Spalding G. C., and Dholakia K., Microfluidic sorting in an optical lattice//, Nature 426, 421-424 (2003).

53. Jess P. R. Т., Garces-Chavez V., Smith D., Mazilu M., Paterson L., Riches A., Herrington C. S., Sibbett W., Dholakia, K. Dual beam fibre trap for Raman mi-crospectroscopy of single cells // Opt. Express. 2006 V. 14. pp. 5779-5791.

54. Monat C. et al. Optofluidics: a novel generation of reconfigurable and adaptivecompact architectures // Microfluid. Nanofluid. 2008. V. 4. pp. 81-95.

55. Jesacher A., F'urhapter S., Bernet S., and Ritsch-Marte M., Size-selective trapping with optical cogwheel tweezers//, Opt. Express 12, 4129-4135 (2004).

56. Grier D. G., A revolution in optical manipulation//, Nature 424, 810-816 (2003).

57. Ladavac К. and Grier D. G., Microoptomechanical pumps assembled and driven by holographic optical vortex arrays//, Opt. Express 12, 1144-1149 (2004).

58. Curtis J. E. and Grier D. G., Structure of optical vortices//, Phys. Rev. Lett. 90, 133901 (2003).

59. Garc'es-Ch'avez V., Dholakia K., and Spalding G. C., Extended-area optically induced organization of microparticles on a surface//, Appl. Phys. Lett. 86, 031106(2005).

60. Melville H., Milne G. F., Spalding G. C., Sibbett W., Dholakia K., and McGloin D., Optical trapping of threedimensional structures using dynamic holograms//, Opt. Express 11, 3562-3567 (2003).

61. Leach J., Sinclair G., Jordan P., Courtial J., Padgett M. J., Cooper J., and Lac-zik Z. J., 3D manipulation of particles into crystal structures using holographic optical tweezers//, Opt. Express 12, 220-226 (2004).

62. Jesacher A., F'urhapter S., Bernet S., Ritsch-Marte M. Diffractive optical tweezers in the Fresnel regime/ Optics Express, Vol.12, No. 10, 2004, pp.22432250.

63. Curtis J.E., Koss B.A., Grier D. G. Dynamic holographic optical tweezers // Opt. Commun. 2002. v.207. p. 169-175.

64. Скиданов P.B. Расчет силы взаимодействия светового пучка с микрочастицами произвольной формы // Компьютерная оптика 2005, Вып.28, с. 18-22.

65. Neuman К.С., Chadd Е.Н., Liou G.F., Bergman К., Block S.M. // Biophys. J., 1999. V. 77. P. 2856.

66. Liang H., Vu K.T., Krishnan P., Trang T.C., Shin D., and et. al., Biophys. J., 1996. V. 70. P. 1529.

67. Gross S.P. // Methods in Enzymology, 2003. V. 361. P. 162.

68. Dholakia K., Reece P. Optical micromanipulation takes hold // Nanotoday. 2006. V. l.pp. 18-27.

69. De Luca A.C., Volpe G., Drets A. M. and et. al. // Optics Express, 2007. V. 15, N. 13. P. 7922

70. Kimura Y., Bianco P. R. // Analyst, 2006. V. 131. P. 868.

71. Sniadecki N.J., Desai R.A., Ruiz S.A., Chen C.S. // Annals of Biomedical Engineering, 2005. 0090-6964/05.

72. Suresh S. and et al. // Acta Biomaterialia, 2005. V. 1. P. 15.

73. Lenormand G., Henon S., et al. Direct measurement of area expansion and shear moduli of the human red blood cell membrane skeleton// Biophys. J., 2001. V.81, No.l. p.43-56.

74. Ameborg N., Siegumfeldt H., Andersen G. H., Nissen P., Daria V. R., Rodrigo P. J., Gluckstad J., Interactive optical trapping shows that confinement is a determinant of growth in a mixed yeast culture //, FEMS Microbiology Lett, 2006. "

75. Zhang H., Liu K.-K. // J. R. Soc. Interface, 2008. V. 5. P.671.

76. Zheng F., Qin Y., Chen K. Sensitivity map of laser tweezers Raman spectroscopy for single-cell analysis of colorectal cancer // J. Biomed. Opt. 2007. V. 12.034 002.

77. Eriksson E., Scrimgeour,J., Grane.li A., Ramser K., Wellander R., Enger J., Gokso.r M. Optical manipulation and microfluidics for studies of single cell dynamics // J. Opt. 2007. V. 9, pp. 113-121.

78. Applegate R. W. Jr., Squier J., Vestad Т., Oakey J., Marr D. W. M. Optical trapping, manipulation, and sorting of cells and colloids in microfluidic systems with diode laser bars.// Optics Express. Vol. 12, No. 19, 2004.

79. Herzenberg L. A., Parks D., Sahaf В., Perez O., Roederer M. The history and future of the fluorescence activated cell sorter and flow cytometry: a view from Stanford // Clin. Chem. 48, 1819-1827, 2002.

80. Dholakia, K., MacDonald, M. P., Zemanek, P., Cizmar, T. Cellular and colloidal separation using optical forces // Methods Cell Biol. 82, 467-495, 2007.

81. Milne G., Rhodes D., MacDonald M., Dholakia K. Fractionation of polydis-perse colloid with acoustooptically generated potential energy landscapes // Opt. Lett. 2007. V. 32. pp. 1144-1146.

82. Smith R. L., Spalding G. C., Dholakia K., MacDonald M. P. Colloidal sortingin dynamic optical lattices // J. Opt. 2007. V. 9. pp. 134-138.

83. Ozkan, M., Wang, M., Ozkan, C., Flynn, R., Birkbeck, A., Esener, S. Optical manipulation of objects and biological cells in microfluidic devices // Biomed. Microdevices 5, 61-67, 2003.

84. Скиданов P.B. Диссертационная работа: Оптический захват и перемещение диэлектрических микрообъектов вихревыми лазерными пучками сформированными ДОЭ // СГАУ Самара, 2007.

85. Lafong A., Hossack W. J., Arlt J., Nowalcowski T. J., Read N. D. Time-Multiplexed Laguerre-Gaussian holographic optical tweezers for biological applications. // Optics Express. Vol. 14, No. 7, p. 3065-3072, 2006.

86. Зинчук B.B. Деформируемость эритроцитов: физиологические аспекты, 2001г.

87. Nakache М., Caprani A., Dimicoli J.L. et al. Relationship between deform-ability of red blood cells and oxygen transfer: a modelized investigation // Clin. Hemoheol. 1983. - Vol.3, № 2. - P.l77-189.

88. George C., Thao Chan M., Weill D. et al. De la deformabilite erythrocytaire a l'oxygenation tissulaire //Med. actuelle. 1983. - Vol. 10, № 3. - P. 100-103.

89. Козлов M.M., Маркин B.C. Мембранный скелет эритроцита. Теоретическая модель // Биологические мембраны. 1986. - Т. 3, №4. - С. 404-422.

90. Коржуев П.А. Проблема оксигенации гемоглобина // Успехи физиологических наук 1973. - Т. 4, № 3. - С. 69-112.

91. Schmid-Schonbein Н. Blood rheology and oxygen transport to tissues // Adv. Physiol. Sci. 1982. - Vol. 25. - P. 279-289.

92. Mohandas N., Chasis J. A., Shobet S.B. The influence of membrane skeleton on red cell deformability, membrane material properties, and shape // Seminare in Hematology. 1983. - Vol. 20, № 3. - P. 225-242.

93. Smith J.E. Erythrocyte deformability // Ed. Agar N.S., Board P.J. Red blood cells of domestic mammals. Amsterdam, 1983. - P. 55-112.

94. Hakim T.S. Effect of erythrocyte heat treatment on pulmonary vascular resistance // Microvasc. Res. 1994. - Vol. 48, № 1. - P. 13-25.

95. Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект физический механизм активации биосистем квазимонохроматическим излучени-ем//Препринт ФИАН. Москва. 2006.

96. Brandao М.М., Fontes A., et.al. Optical tweezers for measuring red blood cell elasticity: application to the study of drug response in sickle cell disease // Eur. J. Haematol., 2003. V.70. p. 207-211.

97. Li C., Liu Y. P., Liu К. K., Lai А. С. K. The deformation of an erythrocyte under the radiation pressure by optical stretch // J. Biomech. Eng. 2006. V. 128. pp. 830-836.

98. Bariel P., Sheng Y. et. al. Calculation of spherical red blood cell deformation in dual-beam optical stretcher// Opt. Express. 2007. Vol.15, No. 24. P. 1602916034.

99. Gu M., Kuriakose S. et al. A single-beam near-field laser trap for optical stretching, folding and rotation of erythrocytes// Opt. Express. 2007. Vol.15, No. 3. P.1369-1375.

100. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Experiments on microscopic objects movement along various fixed trajectories caused by spiral beams, Proc. SPIE, V.5773, (2005).

101. Abramochkin E.G., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., "Microobject Manipulation Using Laser Beams with Nonzero Orbital Angular Momentum", Laser Physics, 2006, Vol.16, No 5,pp. 1-7.

102. Афанасьев K.H., Котова С.П., Коробцов A.B., Лосевский Н.Н, " Световые поля с ненулевым угловым моментом для лазерного микроманипулирования ", Известия Самарского Научного Центра РАН, т.9, №3, с. 6L5-620, Самара 2007.

103. Nieminen Т.A., et al. Calculation and optical measurement of laser trapping forces on non-spherical particles // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2001. V. 70. P. 627-637.

104. Gauthier R. C. Theoretical investigation of the optical trapping force and torque on cylindrical microobjects// J. Opt. Soc. Am. B. 14, 3323-3333, 1997.

105. Afanasiev K.N., Korobtsov A.V., Kotova S.P., "Spiral type beams based laser manipulator"/LPHYS"06, p.165, 2006.

106. Бобров C.T., Котлецов Б.Н., Туркевич Ю.Г. Синтезированные дифракционные решетки с порядками одинаковой интенсивности // Микроэлектроника. Т. 4. С. 375-378. 1975.

107. Abramochkin Е., Volostnikov V. Spiral-type beam // Opt. Comm. V 102. P. 336-350, 1993.

108. Дырдин В.В., Богомолова О.В., Корчуганов В.П. Исследование спектров поглощения и пропускания // Методические указания по курсу общей физики для подготовки студентов всех направлений. Кемерово. 2004.

109. Гаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. «Мир». 1976.

110. Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова А.М„ Разуева Е.В., Манипуляция микрообъектами лазерными пучками со сложной структурой // Физика наукоемких технологий, Иркутск 2006.

111. Clare M.R., et al. The Red Cell Production, Metabolism, Destruction // Blood. 1983. V. 610. P. 899-910.

112. Jacques S.L. Path integral description of light transport in tissue // Annals of the New York Academy of Sciences 1998. V. 838 P.l-13.

113. Федорова З.Д., Котовщикова M.A., Бессмельцев С.С., Попова Т.И. Об определении индекса деформируемости эритроцитов// Лабораторное дело. 1986. № 12. С. 732-735.

114. Svoboda К., Block S. М. Biological Applications of Optical Forces// Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 1994. V. 23, p.247-285.

115. Павлова Я.В., Сакович С.И. Ослабление низкоинтенсивного лазерного излучения венозной кровью и эритроцитной массой человека // Известия АГУ. 2007. №1(53) С. 118-121.

116. Потапенко А .Я., Кягова А.А., Тихомиров A.M. Осмотическая устойчивость эритроцитов/ Учебное пособие. ГОУ ВПО ГРМУ 2006.

117. Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова Н.А. Применение лазерного пинцета для Изучения механических свойств эритроцитов // Известия Самарского Научного Центра РАН, т. 11 №3, с. 76-81, 2009.