Laserpinzetten, auch optische Pinzetten genannt, verwenden Laserstrahlen, um mikroskopische oder nanoskopische Partikel mit präziser dreidimensionaler Positionierung einzufangen. Die Laserstrahlen machen sich ein Phänomen zunutze, das als Fehlanpassung des Brechungsindex bezeichnet wird. Das sehen wir immer, wenn wir einen Strohhalm in einem Glas Wasser betrachten. Auf winzigen Skalen führt die subtile Biegung des Lichts durch das Teilchen dazu, dass ihm ein Impuls übertragen wird, der eine winzige anziehende oder abstoßende Kraft projiziert. Das Ergebnis ist eine extrem feinkörnige Präzision und Kontrolle über ein einzelnes Teilchen im Strahl, Kontrolle auf Sub-Nanometer-Skalen.
Die Laserpinzette funktioniert nur, wenn das verwendete Material Dielektrikum ist, also ein Isolator, der elektromagnetischen Feldern abgeneigt ist. Ein fokussierter Laser in der Pinzette erzeugt ein elektromagnetisches Feld in Form von gebündeltem Licht. Der Laseransatz kann verwendet werden, um Bakterien, Viren und sogar einzelne Atome und Moleküle zum Schweben zu bringen. Für viele Anwendungen werden winzige Proben an einer etwas größeren mikroskopischen Perle befestigt. Mehrere Laserpinzetten können sogar verwendet werden, um an Teilen eines Moleküls zu ziehen, es zu dehnen und Wissenschaftlern zu ermöglichen, zu beobachten, wie es zurückschnappt. Dies ist unglaublich hilfreich bei der Aufklärung ihrer subtilen chemischen Eigenschaften.
Das Phänomen der optischen Streuung durch mikroskopische Partikel wurde erstmals 1970 vom Bell Labs-Wissenschaftler Arthur Ashkin beschrieben. Dann, 1986, schrieben der Wissenschaftler Steven Chu und andere einen Artikel zu diesem Thema und verbesserten die Systeme erheblich. Dr. Chu setzte die Laserpinzette in einer Vielzahl von nützlichen Bereichen ein, einschließlich der Kühlung von Atomen, indem er sie an Ort und Stelle stoppte, und gewann 1997 den Nobelpreis für Physik für seine harte Arbeit.
Laserpinzetten waren bei der Untersuchung winziger Merkmale in biologischen Maschinen von unschätzbarem Wert, wie zum Beispiel die allgegenwärtigen biologischen Motoren, die die Bewegung in der Zelle antreiben. Dies trägt zur aufkommenden Wissenschaft der Nanotechnologie bei und erweitert unser Wissen über Biologie erheblich. Die Laserpinzetten-basierte Sondierung des Zytoskeletts von Zellen half den Wissenschaftlern, eine hochauflösende Karte der Zelle zu erstellen, mit mehr Details, als andere Ansätze hätten ergeben können. Laserpinzetten sind nach wie vor ein heißes Forschungsgebiet, und unerschrockene Teams in Berkeley, Stanford, MIT und vielen anderen Universitäten nutzen die Untersuchungsmöglichkeiten, die die Technologie bietet.