如何控制生物微物体的抓取和旋转

我们可以用手指测试水果和蔬菜的质量和新鲜度，甚至工业机器人在触觉应用方面也取得了成功多年。但是如何抓取和旋转人发宽度的物体呢?弗莱堡大学微系统工程系的Alexander Rohrbach教授及其团队现已在《自然通讯》杂志上发表了关于这个问题的研究。他们的工作展示了几种由高度聚焦的激光制成的光学镊子如何有朝一日能够以受控方式抓取细胞簇并将它们旋转到任何所需的方向。这将允许在显微镜下更具体地研究微型肿瘤等微小物体。

由激光制成的手指

在实验室中，抓取手指相当于所谓的光学镊子，由高度聚焦的激光产生。光镊的独特优势在于，与机械镊不同，它们甚至可以在抓取透明物体时施加力或扭矩。

多年来，计算机全息光镊能够以任意和倍增的配置逐个像素地聚焦激光，以在 3D 空间中同时控制多个抓光手指的位置。这种方法在研究实验室中已经存在了将近二十年，但无法对更大的物体施加力和扭矩，即直径大于大约 1/10 毫米的物体。镊子遇到困难是因为物体太大而迟钝，无法在水溶液中以任意稳定的方式旋转，因为光镊要么不够坚固，要么无法找到良好的抓握位置从而滑落。值得一提的是，他们之所以没能找到最佳抓取位置，是因为他们根本不寻找，而是盲目抓取，

非盲光镊的概念

“非盲镊子通过测量和分析散射在物体上的光来查看他们正在抓取的东西，”Rohrbach 解释说。“我们用眼睛看到各种物体，因为阳光或室内光线散射在它们身上并在我们的视网膜上再现。”激光镊子可以抓取透明物体。然而，科学家们在显微镜下研究的生物研究对象，如微型肿瘤或小苍蝇胚胎等细胞簇，并不是完全透明的，而是像浴室窗户上的磨砂玻璃一样，光线透射后漫射，难以分析。 .查看镊子到达位置的新概念是在物体后面的快速相机上分析散焦的激光散射光，作为反馈信号。相机上各个光镊的光点越不对称，焦点处的光散射得越多，导致物体相应点的折射率变化越大。这些是光镊可以有效抓取物体的点。在物理学方面，物质极化的局部变化会导致光偶极力增加。

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