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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Traktorstrahl-Technologie: Partikel mit Licht gedreht |
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| | | Schottische Forscher haben ein System entwickelt, mikroskopisch kleine Partikel mit Laserstrahlen zum Drehen zu bringen. Auf diese Weise können winzige Maschinen angetrieben werden, die hundert Mal kleiner sind als ein menschliches Haar. |
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Die Entdeckung der Physiker der Universität St. Andrews in Fife könnte eine wichtige Rolle in der Biologie sowie in der Forschung mit Mikromaschinen spielen, berichtet das Wissenschaftsmagazin "Science" in seiner neuen Ausgabe.
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Traktorstrahl bei Star Trek
Der Lichtstrahl besteht aus einer Helix sich drehenden Laserlichts, der Gegenstände von der Größe eines Proteinmoleküls festhalten kann. Ein ähnliches Verfahren, mit dem riesige Raumschiffe umgarnt werden, spielt in Science-Fiction-Filmen wie Star Trek eine Rolle. |
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Winzige Motoren, Mixer, Zentrifugen |
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Das Verfahren könne zu einem unschätzbaren Werkzeug bei der Handhabung von Teilen lebender Zellen oder von Teilen von Mikromaschinen sein, meinen die Forscher. In ihrer Studie konnten sie extrem kleine Objekte wie Chromosomen dazu bringen, sich zu drehen. Biologen könnten die Technik dazu nutzen, bei Experimenten DNS-Stränge auszurichten, sagte der Physiker Michael MacDonald von der St. Andres University.
Ferner könnte laut MacDonald so ein winziges Zahnrädchen bewegt werden, das wiederum andere Rädchen antreiben würde. Damit könnten Mikromaschinen betrieben werden, die hundert Mal kleiner sind als der Durchmesser eines menschlichen Haares.
"Winzige Motoren, Mixer, Zentrifugen und andere rotierende Teile in preiswerten, kleinen, automatisierten Technologien der Zukunft können mit Hilfe dieser Technik betrieben werden", meint Kishan Dholakia, einer der Studienautoren.
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Glasperlen und Glasstab |
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Bisher haben die Forscher das Verfahren an mikroskopisch kleinen Glasperlen ausprobiert. Außerdem konnten sie einen kleinen Glasstab damit bewegen, der dazu verwendet werden könnte, winzige Flüssigkeitsmengen umzurühren.
Mit dem Strahl haben sie auch ein Hamsterchromosom gedreht. Damit demonstrierten sie die Möglichkeiten ihres Verfahrens, Strukturen innerhalb von Zellen zu studieren.
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Rotation dreier gefangener Glasperlen von je fünf Mikrometer Durchmesser. Die kleine Deformation (angezeigt durch den Pfeil)an einer der Perlen erlaubt uns, die Rotation zu verfolgen.
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Weiterentwicklung der optischen Pinzette |
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Eine optische Pinzette gibt es schon, mit der man Teilchen, die in einem straff fokussierten Laserstrahl festsitzen, von einem Ort zum anderen bewegen kann. Doch derartige Geräte sind stark beschränkt, da sie die Orientierung des Teilchens nicht verändern können. Mit einem richtigen "Traktorstrahl" muss es jedoch möglich sein, Teilchen sowohl zu drehen als auch zu bewegen, meinen Wissenschaftler.
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Für beide Techniken - das Verschieben wie das Rotieren - verfängt sich ein Teilchen in dem Laserstrahl, denn Licht, das auf einen Gegenstand trifft, wird gebrochen. Dabei kommt es zu einer Veränderung des Momentums des Gegenstands. Es wird an die Stelle des Strahls gezwungen, an der das Licht besonders intensiv ist. |
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Kontrollierte Rotation |
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"Das Neue und Schöne an unserem Verfahren ist, dass wir bestimmen können, wie weit sich die Spirale drehen soll und mit welcher Geschwindigkeit", sagt Dholakia. "Das bedeutet, dass wir die Rotation dieses einen Teilchens durchgehend kontrollieren können."
Und er fügt hinzu: "Erst jetzt beginnen wir die Möglichkeiten wahrzunehmen, für die wir diese Technologie einsetzen können."
(APA/AP/BBC/red)
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Der Artikel erschien unter dem Titel "Controlled Rotation of Optically Trapped Microscopic Particles" in "Science", Vol. 292 No. 5518.
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01.01.2010 |
