I. Kìm quang học ứng dụng điều khiển vi hạt
Chương này trình bày tổng quan về phát triển của kìm quang học (OT), khái niệm quang lực (OF) và các loại OF. Kìm quang học tuyến tính (LOTW) được định nghĩa là thiết bị quang học có khả năng giam giữ và di chuyển vi hạt (DMP) trong không gian. Nghiên cứu của A. Ashkin vào năm 1970 đã khẳng định khả năng sử dụng áp suất bức xạ để tăng tốc và giam giữ các DMP. Phát hiện này đã mở ra hàng loạt nghiên cứu về quang lực gradient (GOF) và các mẫu bẫy quang học khác nhau. Bẫy quang học không chỉ giam giữ mà còn có thể điều khiển di chuyển các DMP bằng cách thay đổi vị trí vết hội tụ của chùm laser. Các phương pháp điều khiển như quang-cơ, quang-điện, và quang-âm đã được phát triển, tuy nhiên, độ chính xác và tính phức tạp của hệ thống vẫn là vấn đề cần giải quyết. Gần đây, phương pháp toàn quang dựa trên hiệu ứng Kerr của môi trường chất lưu đã được nghiên cứu, mở ra hướng đi mới cho việc điều khiển vi hạt.
1.1 Tổng quan về phát triển của kìm quang học
Năm 1970, A. Ashkin đã chứng minh rằng có thể sử dụng áp suất bức xạ để giam giữ các DMP. Nghiên cứu này đã dẫn đến sự phát triển của kìm quang học và các phương pháp điều khiển khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kìm quang học có thể được sử dụng để nghiên cứu các đối tượng sinh học như tế bào sống và phân tử ADN. Tuy nhiên, các phương pháp hiện tại vẫn gặp khó khăn trong việc đạt được độ chính xác cao và yêu cầu nhiều yếu tố để điều khiển trong không gian ba chiều. Việc áp dụng hiệu ứng phi tuyến vào thiết kế kìm quang học phi tuyến (NOTW) có thể giúp cải thiện hiệu suất và đơn giản hóa hệ thống điều khiển.
II. Kìm quang học phi tuyến sử dụng màng chất màu hữu cơ
Chương này tập trung vào việc đề xuất mẫu kìm quang học phi tuyến (NOTW) sử dụng các chất màu hữu cơ có tính phi tuyến cao. Các chất màu này có thể thay thế cho các chất lưu thông thường, giúp nâng cao hiệu suất bẫy quang (Optical Trap Efficiency - OTE) và tối ưu hóa các thông số thiết kế. Nghiên cứu khảo sát sự phụ thuộc của tiêu cự các vi thấu kính phi tuyến (NML) vào các tham số thiết kế, từ đó xác định cấu hình ứng dụng cho NOTW. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng chất màu hữu cơ có thể cải thiện đáng kể OTE của NOTW so với LOTW. Điều này mở ra khả năng ứng dụng NOTW trong việc điều khiển DMP tự do và kéo căng các phân tử ADN với chiều dài tổng khác nhau.
2.1 Đề xuất mẫu kìm quang học phi tuyến
Mẫu NOTW được đề xuất sử dụng các chất màu hữu cơ có tính phi tuyến cao, cho phép tạo ra các vi thấu kính phi tuyến (NML) hiệu quả. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tiêu cự của NML phụ thuộc vào các tham số thiết kế như độ dày màng và cường độ laser. Việc khảo sát OTE cho thấy NOTW có thể đạt hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng sinh học, đặc biệt là trong việc điều khiển và kéo căng các phân tử ADN, mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu trong lĩnh vực quang học và sinh học phân tử.
III. Hiệu suất bẫy của kìm quang học phi tuyến
Chương này phân tích hiệu suất bẫy quang của kìm quang học phi tuyến (NOTW) sử dụng màng chất màu hữu cơ. Nghiên cứu đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến OTE, bao gồm cường độ laser và cấu hình thiết kế của NOTW. Kết quả cho thấy rằng OTE của NOTW có thể được cải thiện đáng kể khi sử dụng các chất màu hữu cơ, cho phép điều khiển DMP với độ chính xác cao hơn. Việc tối ưu hóa các tham số thiết kế không chỉ nâng cao hiệu suất bẫy mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của NOTW trong các nghiên cứu sinh học và công nghệ nano.
3.1 Hiệu suất bẫy quang
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu suất bẫy quang của NOTW phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cường độ laser và cấu hình của vi thấu kính phi tuyến. Việc khảo sát OTE cho thấy rằng NOTW có thể đạt hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng sinh học, đặc biệt là trong việc điều khiển và kéo căng các phân tử ADN. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc phát triển các thiết bị quang học mới, có khả năng điều khiển chính xác các vi hạt trong không gian ba chiều.
IV. Điều khiển toàn quang vi hạt trong không gian
Chương này trình bày các phương pháp điều khiển toàn quang cho vi hạt trong không gian ba chiều. Nghiên cứu đã khảo sát động học của DMP tự do và DMP gắn với phân tử ADN dưới tác động của quang lực (OF). Các phương trình Langevin được sử dụng để mô tả quỹ đạo của vi hạt trong vùng bẫy. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng NOTW có thể cải thiện đáng kể khả năng điều khiển vi hạt, mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu trong lĩnh vực quang học và sinh học phân tử.
4.1 Động học vi hạt tự do
Nghiên cứu động học của DMP tự do cho thấy rằng các yếu tố như cường độ laser và cấu hình của NOTW có ảnh hưởng lớn đến quỹ đạo của vi hạt. Việc áp dụng phương pháp điều khiển toàn quang cho phép điều khiển chính xác vị trí và chuyển động của DMP trong không gian ba chiều. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc phát triển các thiết bị quang học mới, có khả năng điều khiển chính xác các vi hạt trong không gian ba chiều, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong nghiên cứu sinh học và công nghệ nano.
