Bestimmung der Kraftausübung einer optischen Pinzette auf Partikel in flüssiger Umgebung mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung

Ein lichtoptischer Brennpunkt hoher Intensität übt bekanntlich auf Partikel in unmittelbarer Nähe Kräfte aus. Dabei werden die Partikel gegen die Brownsche Molekularbewegung in den Fokus gezogen. In unserem Fall dient ein frequenzverdoppelter Nd-YAG Laser mit ca. 300mW Ausgangsleistung als Lichtquelle. Das Laserlicht wird in dem Durchlichtstrahlengang eines Mikroskops eingespiegelt und mit einem hochaperturigen Kondensor auf das Objekt fokussiert. Sich in Suspension befindende Latexkügelchen zwischen 0,5µm und 1µm Durchmesser dienen als Messobjekte. Der Ansatz eines linearen Kraftgesetzes für sehr kleine Auslenkungen (einige hundert nm) und Anwendung des Gleichverteilungsansatzes der Thermodynamik ermöglicht die Bestimmung der Kraftkonstanten aus der Temperatur und der Varianz des Partikelabstandes vom Fokusmittelpunkt. Mit einer CCD-Kamera wird die sich laufend ändernde Objektlage um den Brennpunkt vielfach aufgenommen und aus den Bildern die Varianz bestimmt. Je nach Intensität werden Kräfte von einigen nN gemessen. Dieser Versuch wird im Praktikum des Studiengangs Bio- und Nanotechnologien angeboten und kann auch als ein Beitrag zur Hochschuldidaktik angesehen werden.