ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 5
47
УДК 535.211
DOI: 10.18698/0236-3933-2017-5-47-53
ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИЙ ПИНЦЕТ ДЛЯ МАНИПУЛИРОВАНИЯ
МИКРОЧАСТИЦАМИ
М.Л. Лоскутникова
М.А. Якимова
В.И. Алехнович
vial@bmstu.ruМГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
Аннотация
Ключевые слова
Исследовано воздействие оптико-акустического пин-
цета на микрочастицу. Проведен анализ влияния пара-
метров лазерного излучения, а именно, радиуса пятна и
длительности импульса, на значение усредненной силы
воздействия поля фотоакустической волны на частицу.
Определены оптимальные параметры воздействия на
частицы из полистирола
Оптико-акустический пинцет,
манипулирование микрочастица-
ми, метод конечных разностей
Поступила в редакцию 02.11.2016
©МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 141901216
Введение.
В настоящее время задача манипулирования нано- и микроразмерны-
ми частицами является актуальной во многих областях науки и техники [1, 2].
Оптико-акустический пинцет представляет собой перспективный инструмент
для решения большого числа задач: с его помощью можно осуществлять про-
странственное перемещение частиц по заданной траектории, удержание их в
определенной области пространства, сортировку как металлических, так и ди-
электрических частиц. При этом не происходит поглощения лазерного излучения
частицами, что особенно важно при работе с массивными частицами и живыми
объектами. Это делает возможным применение оптико-акустических пинцетов в
таких областях, как управление потоками лекарственных средств в живых тканях,
внутриклеточная хирургия, исследование колоний микроорганизмов, а также при
сепарации и структурировании коллоидных частиц [3, 4]. Для корректного вы-
полнения этих задач требуется уделять особое внимание выбору параметров ла-
зерного излучения, вызывающего оптико-акустический эффект. В связи с этим
необходимо создание и тщательный анализ математической модели, описываю-
щей указанный процесс.
Модель задачи и ее основные положения.
Работа оптико-акустического
пинцета основана на генерации акустического поля за счет теплового расшире-
ния жидкости, вызванного поглощением лазерного излучения, иногда с образо-
ванием газового пузырька. Рассмотрим слой жидкости, в котором находится
взвешенная частица (рис. 1). Сквозь жидкость распространяется лазерное излу-
чение, которое существенно поглощается жидкостью. Запишем уравнение для
описания импульсного излучения, полагая, что пространственное распределе-
ние интенсивности в среде имеет гауссову форму: