Numerical description of the manipulation of non-sphericalparticles by optical tweezers- A combined optical and hydrodynamic approach -

光镊操纵非球形颗粒的数值描述 - 光学和流体动力学相结合的方法 -

基本信息

项目摘要

Optical tweezers (OTs) are used as an established tool in biology and medicine. This technique allows the contact-free manipulation of micro-sized objects and single cells. Since OTs can penetrate each other without influence, multiple objects can be handled simultaneously. For this reasons, OTs have become more prevalent in micro technolgy, e.g. for the assembling of complex structured objects or as a driving force for micro-scaled motors or pumps. To enhance the usability of the method to this field, a deeper understanding of the underlying processes is necessary. Unfortunately, most theoretical studies of the interaction between the laser light and the manipulated objects are restricted to spherical or elliptical shapes. Besides, only the static case is considered.To overcome the limitations, we plan to extend in a first step the geometrical optics based model for the force calculation to arbitrary shaped objects. The next and most important step will be the simulation of the dynamical behavior. Most optical tweezers are used in a liquid environment, since the high damping, e.g. in comparison to air, ensures a stable trapping of the particle. For this reason, the hydrodynamic forces must also be taken into account. Within this project, we will provide a method for a more complete description of dynamical processes in optical tweezers with the help of a combination of geometrical optics with hydrodynamics. The results of the numerical analysis will be also verified experimentally, as well.
光学镊子(OTs)是生物学和医学中常用的工具。这项技术允许对微型物体和单个细胞进行无接触操作。由于ot可以相互穿透而不受影响,因此可以同时处理多个对象。由于这个原因,OTs在微型技术中变得更加普遍,例如用于复杂结构物体的组装或作为微型电机或泵的驱动力。为了增强该方法在该领域的可用性,有必要对底层过程有更深入的了解。不幸的是,大多数关于激光与被操纵物体之间相互作用的理论研究都局限于球形或椭圆形。此外,只考虑静态情况。为了克服这些限制,我们计划在第一步将基于几何光学的力计算模型扩展到任意形状的物体。下一步也是最重要的一步是动力学行为的模拟。大多数光学镊子在液体环境中使用,因为高阻尼,例如与空气相比,确保了粒子的稳定捕获。因此,还必须考虑水动力。在这个项目中,我们将提供一种方法,在几何光学与流体力学相结合的帮助下,更完整地描述光学镊子中的动力学过程。数值分析的结果也将在实验中得到验证。

项目成果

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Investigation of albumin-derived perfluorocarbon-based capsules by holographic optical trapping.
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  • DOI:
    10.1364/boe.9.000743
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Köhler;Ruschke;Ferenz;Kirsch;Ostendorf
  • 通讯作者:
    Ostendorf
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Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf其他文献

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