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News: Optische Peristaltik

Dass sich mit Licht in mikroskopischen Welten weit mehr anstellen lässt, als lediglich Dinge zu beleuchten und abzubilden, haben optische Pinzetten längst bewiesen. Mit einem geeigneten Lichtmuster lassen sich winzige Partikel sogar beliebig im Raum manövrieren, ohne dass die genaue Position der Teilchen bekannt sein muss.
Optische Peristaltik
Wie bekommt man aus einer annähernd leeren Zahnpastatube am besten den letzten Rest heraus? Mancher Zeitgenosse mag dabei sein eigenes, persönliches Geheimrezept verfolgen, die meisten werden es jedoch mit rhythmischem Drücken der Tube in Richtung Öffnung versuchen – mit Erfolg, denn nicht umsonst sorgen ähnliche wellenförmigen Kontraktionsbewegung in Speiseröhre, Magen und Darm für reibungslosen Transport.

Diesmal interessierten sich jedoch keine Mediziner für derartige Peristaltik, sondern zwei Biophysiker von der University of Chicago. Brian Koss und David Grier hatten das natürliche Transportprinzip dazu auserkoren, winzig kleine Probenmengen zu bewegen. Anstelle den mikrometergroßen Partikeln mit mechanischem Druck auf die Sprünge zu helfen, verwendeten die Forscher allerdings schlichtes Laserlicht. Dieses wurde aufgefächert und auf einen so genannten räumlichen Lichtmodulator (SLM, Spatial Light Modulator) geschickt, mit dem sich die Phase von den mehr als 200 000 reflektierten Lichtstrahlen einzeln regeln ließ.

Auf diese Weise konnten Koss und Grier ein künstliches Hologramm erzeugen, mit dem sie schließlich ein beliebiges Lichtmuster in einem 100 mal 100 mal 30 Mikrometer kleinen Stück Raum schaffen konnten. Und genau das ließ sich nun für den Teilchentransport nutzen. Denn schon bei einer optischen Pinzette bedient man sich des Bestrebens winziger Teilchen, den Ort größter elektrischer Feldstärke aufzusuchen. Da die elektrische Feldstärke bei Licht dort am größten ist, wo das Licht am hellsten scheint, wandern Teilchen ins Zentrum eines Lichtstrahls oder Lichtpunktes.

Im Fall der Apparatur von Koss und Grier waren die Lichtpunkte nun nicht einfach ortsfest fixiert, sondern bewegten sich. Dadurch wurden die Teilchen quasi mitgezerrt – Peristaltik eben. Drei Muster zeitlich jeweils leicht versetzt nacheinander generiert, so zeigten die beiden Forscher, reichen aus, um eine kontinuierliche Bewegung von Teilchen zu bewirken. Und Möglichkeiten gibt es dabei viele: linear in eine bestimmte Richtung, radial von einem Punkt aus oder immer im Kreis rotierend.

Wird die Position der bis zu 200 Lichtpunkte, in denen die Teilchen gefangen sind wie Sand in einem Eierkarton, rund 100 Mal in der Sekunde aktualisiert, dann lassen sich die Teilchen durchaus mit einer Geschwindigkeit von bis zu sieben Mikrometer pro Sekunde bewegen. Das ist völlig ausreichend, um beispielsweise biologische Moleküle unter dem Mikroskop ins rechte Licht zu rücken. Und da dies offenbar recht gut funktioniert, sind bereits erste Geräte bei Griers Firma Arryx käuflich zu erwerben.

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