Mathematical Model of a Nanosensor Based on Optical Tweezers

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorChadyuk, V. O.
dc.date.accessioned2022-11-22T13:09:37Z
dc.date.available2022-11-22T13:09:37Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractenThe paper considers the conditions for capturing a dielectric nanoparticle in a liquid by an optical tweezers trap. It is shown that the displacement of a nanoparticle from the equilibrium position under the action of a local physical field not associated with a laser trap shaper can be used to create a nanosensor for fields of physical or chemical origin.uk
dc.description.abstractukСтаття присвячена оптичному пінцету – пристрою, який дозволяє безконтактно маніпулювати час-тинками мікронних та субмікронних розмірів. Ця властивість оптичного пінцета вже понад тридцять років вико-ристовується в мікробіології і дає змогу сортирувати клітини та досліджувати взаємодію протеїнів між собою та з ДНК. У статті розглянуто сили, які виникають в перетяжці сфокусованого лазерного пучка і які дають змогу створити оптичну пастку для частинки. З боку лазерного пучка діють розсіювальна сила (тиск світла) та градієнтна сила електричного поля світлової хвилі. З боку середовища на частинку також діють сила тяжіння та сила Архімеда. Рух частинки в рідині або повітрі викликає появу сили опору середовища – сили Стокса. У разі відсутності градієнтної сили сила Стокса стабілізує швидкість частинки через деякий час після початку дії на неї тиску світла або зовнішнього електричного поля. У роботі показано, що в фокальній області сфокусованого лазерного пучка градієнтна сила значно переважає роз-сіювальну силу і вони зрівнюються тільки у точці рівноваги частинки, розташованій поблизу фокуса. У статті проаналізовано умови захоплення діелектричної наночастинки пасткою оптичного пінцета та вплив на положення частинки локальних електричних полів. Частинка, захоплена пасткою, знаходиться на осі лазерного пучка, на невеликій відстані від перетяжки. Якщо локальне електричне поле прикладається вздовж осі лазерного пучка, то частинка переходить в нове положення рівноваги. За величиною осьового зміщення частинки можна оцінити напруженість поля. Локальне електричне поле виникає, наприклад, у разі міжмолекулярної взаємодії і появи ван дер Ваальсової сили. У роботі запропоновано використовувати оптичний пінцет з наночастинкою, захопленою перетяжкою лазер-ного пучка, в якості наносенсора локального електричного поля. Розраховано чутливість такого наносенсора у разі дії на частинку ван дер Ваальсової сили. Запропоновано використовувати наносенсор разом з 2-координатним п’єзоприводом для зчитування нанорельєфу поверхні. Оскільки точність запропонованого наносенсора визначається величиною похибки у вимірюванні лінійного зміщення частинки під дією локального електричного поля, то важливу роль відіграє броунівський рух частинки під дією поштовхів з боку молекул середовища. Показано, що у воді за відсутності будь-яких зовнішніх впливів частинка радіусом 10 нм за 10 мс може опинитися на відстані 1 мкм від початкового положення. Щоб запобігти такому блуканню частинки, потрібно створити для неї потенціальну яму, глибина якої більша за кінетичну енергію частинки. Знайдено умову, за якої така ситуація можлива.uk
dc.format.pagerangeС. 215524-1-215524-7uk
dc.identifier.citationChadyuk, V. O. Mathematical Model of a Nanosensor Based on Optical Tweezers / V. O. Chadyuk // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2021. – Т. 26, № 1(117). – С. 215524-1-215524-7. – Бібліогр.: 22 назва.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.215524
dc.identifier.orcid0000-0003-0063-6079uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/51180
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceМікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал, 2021, Т. 26, № 1(117)uk
dc.subjectlaseruk
dc.subjectnanosensoruk
dc.subjectforce measurementuk
dc.subjectnanoparticleuk
dc.subjectoptical tweezersuk
dc.subjectmathematical modeluk
dc.subjectлазерuk
dc.subjectоптичний пінцетuk
dc.subjectоптична пасткаuk
dc.subjectдіелектрична наночастинкаuk
dc.subjectнаносенсорuk
dc.subjectчутливістьuk
dc.subjectматематична модельuk
dc.subject.udc535.2, 535.8uk
dc.titleMathematical Model of a Nanosensor Based on Optical Tweezersuk
dc.title.alternativeМатематична модель наносенсора на основі оптичного пінцетаuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
MEA_1_2021_01_215524-1-215524-7.pdf
Розмір:
822.1 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 26, № 1(117)