Les pinces laser, également appelées pinces optiques, utilisent des faisceaux laser pour piéger les particules microscopiques ou nanoscopiques avec un positionnement tridimensionnel précis. Les faisceaux laser profitent d’un phénomène appelé décalage d’indice de réfraction. Nous voyons cela chaque fois que nous regardons une paille dans un verre d’eau. À de minuscules échelles, la subtile courbure de la lumière par la particule lui transmet un élan, projetant une petite force attractive ou répulsive. Le résultat est une précision et un contrôle extrêmement fins sur une seule particule dans le faisceau, un contrôle à des échelles sub-nanométriques.
Les pinces laser ne fonctionnent que lorsque le matériau utilisé est diélectrique, c’est-à-dire un isolant réfractaire aux champs électromagnétiques. Un laser focalisé dans la pince à épiler génère un champ électromagnétique sous forme de lumière condensée. L’approche laser peut être utilisée pour faire léviter des bactéries, des virus et même des atomes et des molécules uniques. Pour de nombreuses applications, de minuscules échantillons sont attachés à une perle microscopique légèrement plus grande. Plusieurs pincettes laser peuvent même être utilisées pour tirer sur des parties d’une molécule, l’étirer et permettre aux scientifiques d’observer comment elle se rétracte. Ceci est incroyablement utile pour élucider leurs propriétés chimiques subtiles.
Le phénomène de diffusion optique par des particules microscopiques a été signalé pour la première fois par le scientifique des Bell Labs Arthur Ashkin en 1970. Puis, en 1986, le scientifique Steven Chu et d’autres ont écrit un article sur le sujet et ont grandement amélioré les systèmes. Le Dr Chu a ensuite appliqué les pincettes laser dans une grande variété de domaines utiles, y compris le refroidissement des atomes en les arrêtant en place, et a remporté le prix Nobel de physique 1997 pour son travail acharné.
Les pincettes laser ont été d’une valeur inestimable dans l’étude de minuscules caractéristiques des machines biologiques, telles que les moteurs biologiques omniprésents qui entraînent le mouvement dans la cellule. Cela contribue à la science émergente de la nanotechnologie et élargit considérablement notre connaissance de la biologie. Le sondage à base de pinces laser du cytosquelette des cellules a aidé les scientifiques à créer une carte haute résolution de la cellule, avec plus de détails que d’autres approches n’auraient pu le produire. Les pincettes laser continuent d’être un domaine de recherche brûlant, avec des équipes intrépides à Berkeley, Stanford, MIT et de nombreuses autres universités exploitant les possibilités d’enquête que la technologie a à offrir.