O que é uma pinça óptica

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O que é uma pinça óptica?
As pinças ópticas são ferramentas que utilizam lasers extremamente focalizados por meio de uma objetiva, para que objetos de ordem macrométrica e nanométrica sejam aprisionados e manipulados na região próxima ao foco desta lente, podendo medir forças e deslocamentos. Tais informações não poderiam ser obtidas através de outros métodos. Ela é considerada uma ferramenta extremamente útil em pesquisas em biofotônica, nanociência, bioengenharia, biologia celular, biofísica e bioquímica. [DHOLAKIA et al., 2002; SONI et al., 2002; BUSTAMANTE et al., 2003]	
Em 1989 Ashkin e colaboradores demonstraram o uso desta técnica que é baseada na transferência de momento de fótons para capturar partículas. No início, Ashikin utilizou um laser de Argônio porém este causava danos aos sistemas vivos levando-os à morte. Com isso eles passaram a utilizar um laser de Nd:YAG (Neodímio Yttrium Alluminum Garnet) em 1064 nm (infravermelho). Como a maioria das substâncias que compõem os seres vivos são transparentes ao infravermelho, a absorção do laser nessa região é pequena não causando danos aos tecidos como ocorreu com o laser de Argônio, permitindo que a biomecânica de sistemas celulares sejam estudados.[A. ASHKIN et al., 1970; A. ASHKIN et al., 2006]
As armadilhas ópticas envolvem o equilíbrio de dois tipos de forças ópticas: força de pressão de radiação na forma de dispersão e força de gradiente. A força de dispersão empurra o objeto ao longo da direção da propagação da luz enquanto que a força de gradiente puxa o objeto ao longo do gradiente espacial da intensidade da luz. Quando as forças ópticas de gradiente excedem a de dispersão, o objeto é atraído pelo ponto de maior intensidade formado pela luz focada, podendo ser preso. Porém, caso a força de gradiente seja menor do que a pressão de radiação, a direção da força resultante tende a afastar o centro da partícula do foco do laser, expulsando-a ao invés de aprisioná-la. É importante citar que a armadilha óptica se comporta como uma mola linear de Hooke (F=kx), gerando forças em um objeto proporcional ao seu deslocamento do centro da armadilha. É como se houvesse uma mola conectando o centro da partícula ao foco do laser, com isso quando o laser é movido, a partícula acompanha o seu movimento tridimensionalmente. A Fig.1 mostra o efeito dessas forças sobre uma partícula presa.
 
Referências:
Jeffrey R. Moffitt, Yann R. Chemla, Steven B. Smith and Carlos Bustamante - Recent Advances in Optical Tweezers
Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped Microspheres, capítulo 2.
Optical Tweezers: The Useful Micro-Manipulation Tool in Research, Nikki Barron