Numerische Beschreibung der Manipulation von nichtsphärischen Partikeln mittels optischer Pinzette - Ein kombinierter optisch-hydrodynamischer Ansatz

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf; Professor Dr. Stefan Turek
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278168141

Optische Pinzetten (OP) stellen ein etabliertes Werkzeug sowohl in der Medizin als auch in der Biologie dar. Sie ermöglichen eine berührungslose Manipulation von Objekten im Mikrometerbereich bis hin zu einzelnen Zellen. Darüber hinaus können mehrere Pinzetten gleichzeitig verwendet werden, ohne sich dabei gegenseitig zu stören. Auf Grund dieser besonderen Eigenschaften werden optische Pinzetten nicht zuletzt wegen des steigenden Trends zur Miniaturisierung interessant für andere Bereiche, wie etwa der Mikrotechnologie. Dort können sie zur Erstellung komplexer Strukturen oder als Antriebsmechanismus herangezogen werden. Um diese Technologie besser ausnutzen zu können, ist ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse notwendig. Die bisherigen theoretischen Untersuchungen der Wechselwirkung von Licht mit Objekten in optischen Pinzetten beschränkten sich im Wesentlichen auf sphärisch oder elliptisch geformte Objekte. Zudem wurde nur der stationäre Fall betrachtet, was für eine vollständige Beschreibung der Manipulation nicht ausreicht. Ziel dieses Projektes ist daher, im ersten Schritt die Kraftberechnung auf beliebig geformte Objekte auszudehnen. Der nächste, entscheidende, Schritt wird dann die Simulation des dynamischen Verhaltens sein. Aufgrund der erhöhten mechanischen Dämpfungseigenschaften werden optische Pinzetten zumeist in Flüssigkeiten angewendet, um deren Stabilität gewährleisten zu können. Aus diesem Grund können bei einer dynamischen Betrachtung die hydrodynamischen Kräfte nicht vernachlässigt werden. Daher soll im Rahmen dieses Projektes eine Methode zur vollständigen Beschreibung der dynamischen Prozesse unter Zuhilfenahme einer Kombination aus geometrischer Optik und Hydrodynamik entwickelt werden und anhand einzelner Beispiele experimentell überprüft werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen