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Title: Mejora en la resolución espacial en pinzas ópticas dobles mediante uso de correlaciones espaciales.
Authors: Saavedra Rubilar, Carlos, supervisor de grado
Tapia Farías, Jorge Eduardo, supervisor de grado
Staforelli Vivanco, Pablo
Keywords: Pinzas Ópticas;Fluctuaciones (Física);Micromanipulación
Issue Date: 2020
Publisher: Universidad de Concepción, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Física.
Abstract: Los estudios biológicos plantean, en general, grandes desafíos de resolución espacio-temporales debido al tamaño, las dinámicas y las magnitudes propias de los sistemas bajo investigación. La resolución temporal de un instrumento estaría relacionada con las frecuencias ópticas del fenómeno observado y la resolución espacial estaría relacionada, generalmente, a la capacidad con que se pueden resolver pequeños desplazamientos de un sistema o de describir espacialmente un objeto. En este contexto, la arquitectura instrumental basada en pinzas ´ópticas surge como una alternativa para estudiar procesos biológicos con altos niveles de resolución y versatilidad. En relación a estos procesos, el uso de las pinzas ópticas puede ser concebido en dos regímenes de funcionamiento, en donde para ambos casos la interacción radiación-materia es fundamental. El primer caso es el de pinzas ópticas de atrapamiento fuerte. Este tipo de pinzas ha alcanzado un alto grado de sofisticación desde su implementación por primera vez en la década de los 70 por Arthur Ashkin, quien exploró los fenómenos de presión de radiación. La técnica consiste en un haz láser altamente enfocado en interacción con una microesfera, lo cual hace posible balancear fuerzas de presión de radiación con fuerzas de gradiente de intensidad. Esto genera fuerzas de restauración sobre el objeto que son proporcionales a su desplazamiento respecto al centro de la trampa. De esta manera, la técnica permite la manipulación de objetos microscópicos (∼ 500 nm − 10 µm) con alta precisión. Las capacidades de la técnica han sido probadas en contextos biológicos en donde dos microesferas atrapadas por pinzas ópticas se unen mediante un espécimen biológico. Esto ha permitido estimaciones de desplazamientos y fuerzas del sistema biológico en escalas de los sub-nanómetros y sub-pico Newton, respectivamente. Bajo la misma arquitectura instrumental, otra versión de estos sistemas son las pinzas ópticas débiles, las cuales, no están diseñadas para atrapar, sino que para medir fluctuaciones de membranas lipídica a partir de principios interferenciales. Este tipo de instrumentación es la utilizada en espectroscopia de fluctuación de membrana (TRMFS) con resolución espacial nanométrica. Basados en lo expuesto, el presente trabajo tuvo por objetivo implementar sistemas basados en pinzas ópticas dobles para medición diferencial en regímenes de potencia débil y fuerte. Su finalidad fue conseguir evaluar mejoras en resolución de estos sistemas en cualquiera de los dos regímenes y, a la vez, obtener una herramienta que permita, potencialmente, estudiar fenómenos localizados en una membrana celular y proteínas única. Esto se fundamenta en el estado del arte conseguido en trabajos fundamentales de Betz et al. para membranas biológicas y Moffitt et al. para proteínas única. Por lo anterior, se presenta de manera metodológica la implementación y caracterización progresiva de la instrumentación basada en pinzas ópticas y sus resultados. En específico, son mostrados los resultados de la implementación de una pinza óptica débil única y de una pinza óptica débil de doble haz basados en los trabajos de Betz et al. y, finalmente, los resultados asociados a un sistema de pinzas ópticas dobles de atrapamiento fuerte basados en los trabajos de Moffitt et al. y otros similares. Asociado a estos trabajos, se presentarán estudios complementarios de correlaciones de señales duales en sistemas de pinzas ópticas dobles para el análisis de posibles mejoras de la resolución espacial mediante el uso de coordenadas diferenciales.
Description: Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias Físicas.
URI: http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/628
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