Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Коробцов, Александр Викторович

• Коробцов, Александр Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Коробцов, Александр Викторович

Введение

1. Манипуляция микрообъектами лазерным излучением (обзор 14 литературы)

1.1. Характеристики оптического пинцета

1.2. Типы ловушек

1.2.1. Однопучковая ловушка

1.2.2. Двухпучковая ловушка

1.2.3. Интерференционная ловушка

1.3. Оптические ловушки с вихревой компонентой

1.3.1. Ловушки на основе вихревых аксиконов

1.3.2. Ловушки с использованием пучков Бесселя высших 28 порядков

1.3.3. Ловушки с использованием спиральных пучков

1.4. Формирование массивов ловушек

1.5. Динамическое управление

1.6. Расчет сил при оптическом захвате

1.7. Практическое применение оптической манипуляции мик- 43 рообъектами

1.8. Механические свойства эритроцитов

1.8.1. Общие сведения о крови

1.8.2. Значение деформируемости эритроцитов

1.8.3. Методы определения деформируемости эритроцитов 52 Основные результаты первой главы

2. Формирование и анализ световых полей для лазерного мани- 56 пулирования

2.1. Методика изготовления транспарантов для формирования 56 световых полей

2.2. Экспериментальное исследование световых полей

2.3. Определение сил, действующих со стороны светового поля 68 на диэлектрические частицы

2.4. Математическое моделирование действия дифракционной 75 решетки для деформирования микрообъектов

Основные результаты второй главы

3. Лазерный пинцет на основе вихревых полей

3.1. Механизм перемещения слабопоглощающих диэлектриче- 82 ских микрообъектов по траекториям

3.2. Экспериментальная установка для манипулирования

3.3. Манипуляция прозрачными диэлектрическими частицами

3.4. Сравнение численных и экспериментальных результатов

Основные результаты третей главы

4. Применения лазерной манипуляции

4.1. Изучение механических свойств биообъектов

4.2. Эксперименты по деформированию с применением вихре- 109 вых полей

4.3. Оптическая сортировка микрочастиц

4.4. Оптические "конвейеры" и миксеры в жидкостных микро- 115 системах

Основные результаты четвертой главы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие методов лазерного микроманипулирования с использованием полей со сложной структурой»

Актуальность работы

Разработка методов лазерного манипулирования микрообъектами является одним из перспективных направлений развития лазерной физики и прикладной оптики. Инструментарий, реализованный на базе методов захвата и удержания микрочастиц одиночными лазерными пучками, получил название лазерного пинцета.

Области применения лазерного манипулирования обусловлены масштабами силовых воздействий, получаемых с помощью оптической ловушки. Можно выделить несколько направлений прикладных исследований, в которых регулярно появляются сообщения о применении лазерного манипулирования для решения поставленных задач. К ним относятся: микромеханика, микробиология, медицина, химия и охлаждение атомов.

В ряде задач возникает необходимость перемещать микрообъекты по заданным траекториям, что в большинстве экспериментов осуществляют путем механического перемещения либо пучка, либо предметного столика микроскопа. Для реализации временного разделения используются быстрые отражатели, перемещающие лазерный пучок от одной частицы к другой по циклу с частотой в несколько килогерц. Известен способ управления положением захватывающего пучка с помощью адаптивных зеркал или акустооптических модуляторов [39]. Существуют работы, в которых перемещение захваченной частицы по заданной траектории осуществляется за счет движения светового пятна, которое вызывается либо изменением интерференционной картины [22], либо проекцией исходного перемещающегося пятна с экрана монитора [57]. В работе [87] для перемещения микрочастиц по окружностям используются пучки Бесселя и вихревые поля в форме окружностей, сформированные дифракционными оптическими элементами.

Перспективным является расширение функциональных возможностей данного инструментария. В работе [10] показана принципиальная возможность перемещения микрочастиц по траектории в виде границы треугольника, сформированной спиральным пучком. Подход основан на использовании оптики спиральных пучков [113]. Пространственная структура спиральных пучков может быть весьма разнообразной, например, в форме плоских кривых. Важными особенностями спиральных пучков являются сохранение их пространственной структуры при распространении и фокусировке, а также наличие углового момента. Для экспериментальной реализации этих пучков требуется наличие амплитудного транспаранта, что ограничивает их применение для задач микроманипулирования, требующих высокую энергетическую эффективность и возможность динамического формирования полей.

Одним из перспективных направлений применения лазерного пинцета в биологии и медицине является исследование механических свойств нано- и микроразмерных биологических объектов (молекул ДНК, хромосом, нервных волокон и др.), которые наряду с другими физическими и химическими характеристиками определяют процессы роста и развития организмов, задание конкретной формы организма, его функционирование. Эти свойства отличаются для больных и здоровых тканей, что позволяет осуществлять диагностику заболеваний.

Изучение механических свойств биообъектов требует привлечения специализированного инструментария, который может быть реализован как с использованием вихревых полей, так и массивом ловушек. Применение вихревых полей обеспечивает возможность наложения неоднородных деформаций на микрообъекты. В ряде задач, например, при определении деформируемости эритроцитов для задания характера приложенных сил и увеличения величины сил целесообразно использовать массивы одиночных ловушек. Известен метод деформации эритроцитов с использованием массива лазерных ловушек, сформированных с помощью жидкокристаллических пространственных модуляторов света (ЖК ПМС) [76]. Однако, ввиду сложности и дороговизны данного метода, представляется актуальным разработка простого и эффективного метода деформирования биологических микрообъектов с помощью лазерных ловушек.

Целью работы является развитие методов манипуляции микроскопическими объектами с использованием световых полей со сложным пространственным распределением интенсивности и углового момента, а также массива одиночных лазерных ловушек. В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертации:

1. Создать установку для формирования световых полей сложной структуры и проведения экспериментов по манипулированию.

2. Теоретически и экспериментально исследовать вихревые световые поля в виде кривых, сформированные амплитудно-фазовыми и фазовыми транспарантами.

3. Исследовать процесс захвата и перемещения слабопоглощающих микрообъектов вихревыми световыми полями в виде кривых.

4. Разработать метод формирования управляемого массива одиночных лазерных ловушек для деформирования биологических объектов. Провести эксперименты по определению относительной деформации эритроцитов человека.

5. Исследовать возможность использования лазерного пинцета для сортировки микрообъектов.

Научная новизна работы:

1. Впервые экспериментально реализовано манипулирование микрообъектами посредством вихревых световых полей, сформированных фазовыми элементами, рассчитанными на основе оптики спиральных пучков.

2. Предложен простой и эффективный метод формирования управляемого массива ловушек для деформирования биологических объектов на основе дифракционной решетки.

3. Показана возможность использования однопучковой и много пучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека.

4. Определен критерий эффективности захвата сферических микрообъектов для моды Гаусса ТЕМ00.

Практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы для перемещения, вращения и наложения деформаций на микрообъекты, смешивания жидкостей в микрообъемах, сортировки микрочастиц по размерам, форме, показателю преломления и др.

Использование предложенного метода деформирования биологических микрообъектов позволяет проводить возрастную селекцию эритроцитов человека. Основные особенности метода: не требователен к чистоте подготовки образцов, используются малые объемы крови для анализа (десятки пиколитров), относительно дешев и прост в реализации, что важно для клинических применений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Энергетическая эффективность исследованных вихревых полей, сформированных фазовыми транспарантами, рассчитанными на основе оптики спиральных пучков, в 3-4 раза выше эффективности спиральных пучков.

2. Использование полей, сформированных синтезированными фазовыми транспарантами, позволяет перемещать микрообъекты по траекториям, заданными распределениями интенсивности светового поля. Скорость перемещения микрочастиц такими полями в 2-2,5 раза превышает скорость перемещения спиральными пучками при одинаковой мощности освещающего пучка.

3. Метод определения деформируемости биологических микрообъектов, основанный на изменении расстояния между оптическими ловушками при неизменном распределении интенсивности в них за счет перемещения дифракционной решетки.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах Самарского филиала Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н.Лебедева РАН, на научных конференциях студентов, аспирантов и преподавателей Самарского государственного университета (Самара, 2004 - 2009 гг.), на II - VI Самарских конкурсах-конференциях научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике (Самара, 2004 — 2008 гг.), на международной школе молодых учёных и студентов "Saratov Fall Meeting 2004" (Саратов, 2004 г.), на девятой всероссийской научной молодёжной школе "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия" (Казань, 2005), на международной конференции 15-th annual International Laser Physics Workshop (Lausanne, Switzerland, 2006), на международной конференции SPIE Optics and Photonics 2007: Optical trapping and Optical Manipulation IV (San Diego, USA, 2007), на международной конференции 16-th annual International Laser Physics Workshop (Leon, Mexico, 2007), на IX всероссийской школе-семинаре "Физика и применение микроволн" (Звенигород, 2007), на X Международных Чтениях по квантовой оптики (Самара, 2007), на международной конференции 8-th Asia-Pacific Conference of Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics, APCOM (Tokyo, Japan, 2008), на конференции "Медицинская физика и инновации в медицине" (Троицк, 2008), на конференции "Металлдеформ 2009" (Самара, 2009), на международной конференции 18th International Laser Physics Workshop (Barcelona, Spain, 2009).

Работа финансировалась в рамках программы РФФИ (проекты № 04-0296508 р-2004, № 07-02-01280), CRDF (№ RUP1-2623-SA-04), областного гранта в области науки и техники (постановление Губернатора Самарской обл. от 23.08.2007 № 147), программы "У.М.Н.И.К." Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и УНК ФИАН 2004-2009.

Результаты, вошедшие в диссертацию, были отмечены премией имени С.И. Вавилова на конкурсе научных работ Учебно-научного комплекса ФИАН 2006 года за цикл работ "Формирование вихревых световых полей с заданной формой интенсивности для задач лазерной манипуляции микрообъектами"; победой на областных конкурсах "Молодой ученый" Министерства образования и науки Самарской области в 2006 и 2009 гг.

Публикации. Основные материалы диссертации в соавторстве опубликованы в 22 научных работах, среди которых 18 статей (5 из них опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК) и 4 тезисов докладов.

Личный вклад автора. Основные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором. Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, заключается в разработке и создании оптических установок; проведении расчетов и экспериментов; в выполнении анализа полученных результатов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников из 124 наименований, изложенных на 139 страницах, содержит 52 рисунка и 5 таблиц. Краткое содержание работы

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Коробцов, Александр Викторович

Выводы к главе 4

В ходе работы разработан метод определения деформируемости биологических объектов на основе изменения расстояния между оптическими ловушками при неизменном распределении интенсивности в них посредством дифракционной решетки. Показана возможность использования однопучковой и многопучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека. Получено, что относительная деформация для молодых и старых эритроцитов отличается практически в два раза, что согласуется с дополнительно проведенными исследованиями по определению индекса фильтруемости. Методы не требовательны к чистоте (выделение групп однородных по размеру, подготовки образцов с высоким гематокритным числом и т.д.) приготовления образцов. При этом метод с использованием многопучковой ловушки менее требователен к качеству приготовленных образцов, однако он более ограничен с точки зрения энергетической эффективности, поскольку в нужные порядки дифракции идет не более 60% энергии лазерного излучения, что приводит к большей погрешности измерений (23 - 41%) по сравнению с методом однопучковой ловушки (19 — 24 %). Стоит отметить, что для проведения экспериментов достаточно несколько пиколитров крови.

Проведены эксперименты по деформированию биологических и модельных микрообъектов вихревыми полями. При использовании вихревых полей с виде спирали Архимеда мощностью 50 мВт удалось осуществить линейную деформацию клеток водорослей на 25%. В проведенных экспериментах по изгибу микрообъектов было выявлено, что с помощью вихревых полей не удается осуществить деформацию изгиба объекта по причине малости плотности мощности светового поля. Деформация была осуществлена на модельных микрообъектах.

Показана принципиальная возможность создания микромиксеров на основе вихревых полей. Изменяя мощность пучка, можно контролировать крутящий момент, передаваемый от вихревого поля микрообъектам.

Максимальная частота вращения частиц (размером около 30 мкм), достигнутая на эксперименте, составляла около 1,2 Гц при мощности пучка около 100 мВт. Что соответствует передаваемому моменту вращения порядка 1(Г15 Н-м.

Исследована возможность сортировки микрообъектов по размеру и показателю преломления. Найдено, что максимальная сила захвата для моды Гаусса TEMqo наблюдается при отношении радиуса сферы к радиусу перетяжки пучка в интервале от 2 до 3. Это позволяет сортировать микрообъекты в указанном диапазоне с погрешностью, не превышающей 10%.

Заключение

1. Изготовлены фазовые транспаранты, позволяющие формировать вихревые поля в виде границы квадрата и спирали Архимеда на основе бихро-мированной желатины.

2. Теоретически и экспериментально исследованы вихревые световые поля в виде границы квадрата и спирали Архимеда, сформированные амплитудно-фазовыми и фазовыми транспарантами. Экспериментально измеренные энергетические эффективности формирования полей амплитудно-фазовыми, фазовыми транспарантами на основе бихромированной желатины и жидкокристаллическими пространственными модуляторами света составили 15%, 60% и 25% соответственно.

3. Энергетическая эффективность исследованных вихревых полей, сформированных фазовыми транспарантами, рассчитанными на основе оптики спиральных пучков, в 3-4 раза выше эффективности спиральных пучков.

4. Точность воспроизведения исследованных вихревых световых полей, рассчитанных на основе оптики спиральных пучков, фазовыми жидкокристаллическими пространственными модуляторами света примерно на 30% выше, чем с помощью фазовых транспарантов на слоях бихромированной желатины.

5. Создана экспериментальная установка, позволяющая работать в прямом и инвертированном режимах подвода излучения для проведения экспериментов по манипулированию и деформированию микроскопических объектов как массивом одиночных ловушек, так и вихревыми полями.

6. Исследовано взаимодействие вихревых световых полей в виде кривых со слабопоглощающими микрообъектами с радиусами от 1,2 мкм до 6,1 мкм. При одинаковой мощности излучения лазерного источника скорость перемещения микрочастиц полями, сформированными синтезированными фазовыми элементами, в 2-2,5 раза превышает скорость перемещения для спиральных пучков.

7. Разработан метод определения деформируемости биологических объектов на основе изменения расстояния между оптическими ловушками при неизменном распределении интенсивности в них посредством дифракционной решетки.

8. Показана возможность использования однопучковой и многопучковой ловушек для селекции по возрасту эритроцитов человека.

9. Показана принципиальная возможность создания микромиксеров на основе вихревых полей. Изменяя мощность пучка, можно контролировать крутящий момент, передаваемый от вихревого поля микрообъектам.

Ю.Исследована возможность сортировки микрообъектов по размеру и показателю преломления. Найдено, что максимальная сила захвата для моды Гаусса ТЕМоо наблюдается при отношении радиуса сферы к радиусу перетяжки пучка в интервале от 2 до 3. Это позволяет сортировать микрообъекты в указанном диапазоне с погрешностью, не превышающей 10%.

Список авторской литературы la. Abramochkin E.G., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayo-rovaA.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Microobject Manipulation Using Laser Beams with Nonzero Orbital Angular Momentum // Laser Physics. 2006. V.16.-N. 5. P. 1-7.

2a. Афанасьев K.H., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Световые поля с ненулевым угловым моментом для лазерного микроманипулирования // Известия Самарского Научного Центра РАН. Самара 2007. Т. 9. №3. С. 615-620.

За. Абрамочкин Е.Г., Афанасьев К.Н., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Разуева Е.В. Формирование световых вихревых полей с заданной формой интенсивности для задач лазерной манипуляции микрообъектами // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 1. С. 76-79.

4а. Воронцов Е. Н., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Динамический массив оптических ловушек для деформации вытянутых микрообъектов // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 12. С. 1732-1734.

5а. Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова Н.А. Применение лазерного пинцета для Изучения механических свойств эритроцитов // Известия Самарского Научного Центра РАН. 2009. Т. 11. №3. С. 76-81.

6а. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G. Experiments on microscopic objects movement along various fixed trajectories caused by spiral beams // Proceeding of SPIE. 2005. V.5771.

7а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами пучками с ненулевым угловым моментом, сформированными фазовыми транспарантами // «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия»// Сборник статей, выпуск 9. 2005. С. 115-118.

8а. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Рахматуллин М.А. Манипуляция микроскопическими объектами с помощью лазерных пучков с ненулевым орбитальным моментом // Лазерная физика и технология, сборник трудов Самарского филиала ФИАН. Москва 2005. С. 190-199.

9а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Рахматуллин М.А. Манипуляция микрообъектами лазерными пучками с ненулевым орбитальным моментом// Второй Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике// Сборник конкурсных докладов. Самара 2005. С. 37-49.

10а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами пучками с ненулевым угловым моментом, сформированными фазовыми транспарантами // Третий Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике// Сборник конкурсных докладов. Самара 2005. С. 185-190.

11а. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V. Experimental Realization of Light Beams with Vortical Component for Micro-Manipulation Problems // Proceeding of LFNM. 2006. V. 6. P. 279-282.

12a. Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G. Spiral type beams based laser manipulator//LPHYS. 2006. P. 165.

13а. Афанасьев К.Н., Коробцов А.В., Лосевский Н.Н. Формирование световых полей с ненулевым угловым моментом для задач манипуляции микрообъектами // Четвертый Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике// Сборник конкурсных докладов. Самара 2006.

14а. Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Рахматуллин М.А., Разуева Е.В. Манипуляция микрообъектами лазерными пучками со сложной структурой // Физика наукоемких технологий. Сборник статей. Иркутск 2006.

15а. Абрамочкин Е.Г., Афанасьев К.Н., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. Формирование лазерных полей с ненулевым орбитальным моментом и их применение в задачах лазерного манипулирования микрообъектами // Сборник научных трудов, научная секция МИФИ. 2007. Т. 15.

16а. Abramochkin E.G., Afanasiev K.N., , Kotova S.P., Korobtsov^A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V., Volostnikov V.G. Vortical laser tweezers with predetermined intensity structure // Optical traping & optical micromanipulation IV. Proc of SPIE . 2007. N. 6644-35.

17a. Abramochkin E.G., Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Razueva E.V., Volostnikov V.G. Vortical Fields Based on Spiral Beam Optics for Laser Micromanipulation // Book of abstracts of the 16th International Laser Physics Workshop // Leon. Mexico. 2007. P. 100.

18a. Афанасьев K.H., Коробцов A.B., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Манипуляция микрообъектами при помощи вихревых световых полей // Пятый Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике // Сборник конt курсных докладов. Самара. 2007. С. 29-36.

19а. Коробцов А.В., Лосевский Н.Н. Применение лазерного пинцета для изучения механических свойств эритроцитов // Шестой Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике // Сборник конкурсных докладов. Самара. 2008. С. 58-64.

20а. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Klenov R.O., Klenova N.A. Application of laser tweezers for the study of erythrocytes mechanical properties // Book of abstracts of the 18th International Laser Physics Workshop //Barcelona. Spain. 2009. P. 210.

21a. Afanasiev K.N., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Razueva E.V., Volostnikov V.G., Vorontsov E.N. Formation of the light fields in the shape of curves on the base of spiral-type-beam optics: details // Book of abstracts of the 18th International Laser Physics Workshop // Barcelona. Spain. 2009. P. 244.

22a. Афанасьев K.H., Волостников В.Г., Воронцов E.H., Коробцов А.В., Кото-ва С.П., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова Н.А. Манипуляция биологическими микрообъектами оптическими пинцетами различных типов // Альманах клинической медицины. 2008. Т. XVII. С. 8-10.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Коробцов, Александр Викторович, 2009 год

1. Dao М., Lim С. Т., Suresh S. Mechanics of the human red blood cell deformed by optical tweezers// J. Mech. Phys. Solids. 2003. V. 51. P. 2259-2280.

2. Friese M.E.J, et al. Optically driven micromachine elements // Appl. Phys. Lett. 2001. v. 78. N. 4. P. 547-549.

3. Galajda P., Ormos P. Complex micromachines produced and driven by light // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. N. 2. P. 249-251.

4. Abramochkin E., Volostnikov V. Spiral-type beams: optical and quantum aspects // Opt. Comm. 1996. V. 125. P. 302.

5. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник М.: Изд-во МГУ. 1998.

6. Сойфер В.А., Котляр В.В., Хонина С.Н. Оптическое манипулирование микрообъектами: достижения и новые возможности, порожденные дифракционной оптикой // Журн. Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2004. Т. 35. Вып. 6.

7. Лебедев П.Н. Максвелло-бартолиевские силы давления лучистой энергии // Журн. Русск. Физ.- Хим. О-ва. 1900. Т. 32. Вып. 8. С. 211.

8. Эшкин А. Давление лазерного излучения // УФН. 1973. Т. 110. Вып. 1. — С. 101-114.

9. Ashkin A. et al. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles // Opt. Lett. 1986. V. 11, No. 5. P. 288-290.

10. Рахматулин M.A. Диссертационная работа: Разработка методов манипуляций микрообъектами лазерным излучением // СамГУ, 2003, Самара.

11. Malagnino N. et al. Measurements of trapping efficiency and stiffness in optical tweezers // Opt. Commun. 2002. V. 214. P. 15-24.

12. Ren K.F., Grehan G., Gouesbet G. Prediction of the reverse radiation pressure by generalized Lorenz- Mie theory // Appl. Opt. 1996. V. 35. P. 2702- 2710.

13. Harada Y., Asakura T. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime // Opt. Commun. 1996. V. 124. P. 529- 541.

14. Ashkin A. The pressure of laser light // Scientific American. 1972. - V.226, No 2. - P. 63.

15. Ashkin A., Dziedzic J. M. Optical levitation by radiation pressure // Appl. Phys. Lett. 1971. - V. 19, - P. 283.

16. Ashkin A. Applications of laser radiation pressure // Science. 1980. - V. 210. -P. 1081.

17. Omori R., Kobayashi Т., Suzuki A. Observation of a single-beam gradient-force optical trap for dielectric particles in air // Opt. Lett. 1997. - V. 22. - № 11-P. 816-818.

18. Ashkin A. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime // Biophys. J. 1992. - V. 61. - p. 569-582.

19. Higurashi E., Ohguchi O., Ukita H. Optical trapping of low-refractive-index microfabricated objects using radiation pressure exerted on their inner walls // Opt. Lett. 1995. V. 20.-№ 19.-P. 1931-1933.

20. Moothoo D.N. et al. Beth's experiments using optical rweezers // Am. J. Phys. 2001. V. 69. No. 3. P. 271-276.

21. Filkin V.V., Kotova S.P., Losevsky N.N., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Yakutkin V.V. Microobject manipulation by laser beams with nonzero orbital momentum // Proceeding of SPIE. 2002. - V. 5129. - P. 247-252-:

22. Paterson L., MacDonald M.P., Arlt J., Sibbett W., Bryant P.E., Dholakia K. Controlled rotation of optically trapped microscopic particles // Science. -2001. V. 292.-P. 912-914.

23. Roosen G., Imbert C. Optical levitation by means of two horizontal laser beams: a theoretical and experimental study // Phys. Lett. 1976. - V. 59A. -№ 1. - P. 6-8.

24. Cai W., Li F., Sun S., Wang Y. Optical levitation measurements with intensity-modulated light beams // Appl. Opt. 1997. - V. 36. - № 30. - P. 7860-7863.

25. Rubinov A.N., Katarkevich V.M., Afanasev A.A., Efendiev T.Sh. // Optics Communications, 2003. V. 224. P. 97.

26. Fournier J.-M., Rohner J., Salathe R.-P. et al. Assembling mesoscopic particles by various optical schemes // Proc. of SPIE. 2005. 59300Y. pp. 1-10.

27. Ng J., Chan C.T., Sheng P., Lin Z. "Strong optical force induced by motphol-ogy-dependant resonances" // Opt. Lett. 2005. 30, 15, pp. 1956-1958.

28. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г., Лосевский H.H. "Устройство для фокусировки излучения"./ а.с. 1730606 СССР, 1990г.

29. Courtial J., Zambrini R. et. al "Angular momentum of optical vortex arrays"/ OPTICS EXPRESS, Vol.14, No.2, 2006, pp.938-949.

30. Rodrigo P., Eriksen R., Daria V., Gluckstad J. Interactive light-driven and parallel manipulation of inhomogeneous particles // Opt. Express, 2002, V.10, No.26, pp. 1550-1556.

31. Bingelyte V., Leach J., Courtial J., Padgett M. J. Optically controlled three-dimensional of microscopic objects // Appl. Phys. Lett., 2003, V.82, No.5, pp. 829-831.

32. Rodrigo P. J., Perch-Nielsen I. R., Gluckstad, J. Three-dimensional forces in gpc-based counterpropagating-beam traps // Opt. Express 2006. - V. 14, -pp. 5812-5822.

33. Liesener J., Reicherter M., Haist Т., Tiziani H. J. Multi-functional optical tweezers using computer gererated holograms // Opt. Commun. 185, 77, 2000.

34. Martin-Badosa E., Montes-Usategui M., Carnicer, A., Andilla J., Pleguezuelos E., Juvells I. Design strategies for optimizing holographic optial tweezers setups // J. Opt. A. 2007. V. 9. pp. 267-277.

35. Pattanayak D. N., Agrawal G. P. Representation of vector electromagnetic beams // Phys. Rev. A. 1980. - V. 22. - p. 1159.

36. Ozkan M., Pisanic Т., Scheel J., Barlow C., Esener S., Bhatia S. N. Electro-optical platform for the manipulation of live cells // Langmuir. 2003. V. 19. pp. 1532-1538.

37. Fallman E., Axner O. Design for fully steerable dual-trap optical tweezers // Appl. Opt. 36,2107, 1997.

38. Афанасьев K.H., Воронцов E.H. Массивы лазерных ловушек для деформации вытянутых микрообъектов // Сборник трудов СФ ФИАН. 2007.

39. Chapin С. S., Germain V., Dufresne E.R. // Optics Express, 2006 V.14, N.26. P. 13095.

40. Lafong A . Hossack W. J, Arlt J ., Nowakowski T . J ., Read N . D . Time-Multiplexed Laguerre-Gaussian holographic optical tweezers for biological applications.//Vol. 14, No. 7. OPTICS EXPRESS 2006, p. 3065-3072.

41. Hossack W. J., Theofanidou E., Crain J., "High speed holographic optical tweezers using a ferroelectric liquid crystal microdisplay," Opt. Express 11, 2053-2058. 2004.

42. Vass D. G., Hossack W. J., "A high resolution, full colour head mounted ferroelectric liquid crystal over silicon display," Ferroelectrics 213, 209-218 (1998).

43. Rodrigo P.J. et al. Shack-Hartmann multiple-beam optical tweezers // Optics Express. 2003. v.ll. No.3. p.208-214.

44. Vossena L. J. D., van der Horst A., Dogterom M., van Blaaderenb A. // Review of scientific instruments, 2004. V. 75. N. 9. P. 2960.

45. Волостников В.Г., Котова С.П., Рахматулин M.A. Управление скоростью вращения частицы, захваченной сфокусированным лазерным пучком, с помощью жидкокристаллического модулятора // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2000. т.2, №1. с.48-52.

46. Schonbrun Е. et. al. "3D interferometric optical tweezers using a single spatial light modulator"/ OPTICS EXPRESS, Vol.13, No.10, 2005, pp.3777-3786.

47. Perch-Nielsen I. R., Rodrigo P., Gltickstad J. Real-time interactive 3D manipulation of particles viewed in two orthogonal observation planes/ Opt. Express, Vol.13, No.8, 2005, pp.2852-2857.

48. Dufresne E. R. and Grier D. G., Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optical elements//, Rev. Sci. Instr. 69, 1974-1977 (1998).

49. Eriksen R. L., Daria V. R., and Gl'uckstad J., Fully dynamic multiple-beam optical tweezers//, Opt. Express 10, 597-602 (2002).

50. Hossack W. J., Theofanidou E., Crain J., Heggarty K., and Birch M., Highspeed holographic optical tweezers using a ferroelectric liquid crystal micro-display//, Opt. Express 11, 2053-2059 (2003).

51. Korda P. Т., Taylor M. В., and Grier D. G., Kinetically locked-in colloidal transport in an array of optical tweezers//, Phys. Rev. Lett. 89, 128301 (2002).

52. MacDonald M. P., Spalding G. C., and Dholakia K., Microfluidic sorting in an optical lattice//, Nature 426, 421-424 (2003).

53. Jess P. R. Т., Garces-Chavez V., Smith D., Mazilu M., Paterson L., Riches A., Herrington C. S., Sibbett W., Dholakia, K. Dual beam fibre trap for Raman mi-crospectroscopy of single cells // Opt. Express. 2006 V. 14. pp. 5779-5791.

54. Monat C. et al. Optofluidics: a novel generation of reconfigurable and adaptivecompact architectures // Microfluid. Nanofluid. 2008. V. 4. pp. 81-95.

55. Jesacher A., F'urhapter S., Bernet S., and Ritsch-Marte M., Size-selective trapping with optical cogwheel tweezers//, Opt. Express 12, 4129-4135 (2004).

56. Grier D. G., A revolution in optical manipulation//, Nature 424, 810-816 (2003).

57. Ladavac К. and Grier D. G., Microoptomechanical pumps assembled and driven by holographic optical vortex arrays//, Opt. Express 12, 1144-1149 (2004).

58. Curtis J. E. and Grier D. G., Structure of optical vortices//, Phys. Rev. Lett. 90, 133901 (2003).

59. Garc'es-Ch'avez V., Dholakia K., and Spalding G. C., Extended-area optically induced organization of microparticles on a surface//, Appl. Phys. Lett. 86, 031106(2005).

60. Melville H., Milne G. F., Spalding G. C., Sibbett W., Dholakia K., and McGloin D., Optical trapping of threedimensional structures using dynamic holograms//, Opt. Express 11, 3562-3567 (2003).

61. Leach J., Sinclair G., Jordan P., Courtial J., Padgett M. J., Cooper J., and Lac-zik Z. J., 3D manipulation of particles into crystal structures using holographic optical tweezers//, Opt. Express 12, 220-226 (2004).

62. Jesacher A., F'urhapter S., Bernet S., Ritsch-Marte M. Diffractive optical tweezers in the Fresnel regime/ Optics Express, Vol.12, No. 10, 2004, pp.22432250.

63. Curtis J.E., Koss B.A., Grier D. G. Dynamic holographic optical tweezers // Opt. Commun. 2002. v.207. p. 169-175.

64. Скиданов P.B. Расчет силы взаимодействия светового пучка с микрочастицами произвольной формы // Компьютерная оптика 2005, Вып.28, с. 18-22.

65. Neuman К.С., Chadd Е.Н., Liou G.F., Bergman К., Block S.M. // Biophys. J., 1999. V. 77. P. 2856.

66. Liang H., Vu K.T., Krishnan P., Trang T.C., Shin D., and et. al., Biophys. J., 1996. V. 70. P. 1529.

67. Gross S.P. // Methods in Enzymology, 2003. V. 361. P. 162.

68. Dholakia K., Reece P. Optical micromanipulation takes hold // Nanotoday. 2006. V. l.pp. 18-27.

69. De Luca A.C., Volpe G., Drets A. M. and et. al. // Optics Express, 2007. V. 15, N. 13. P. 7922

70. Kimura Y., Bianco P. R. // Analyst, 2006. V. 131. P. 868.

71. Sniadecki N.J., Desai R.A., Ruiz S.A., Chen C.S. // Annals of Biomedical Engineering, 2005. 0090-6964/05.

72. Suresh S. and et al. // Acta Biomaterialia, 2005. V. 1. P. 15.

73. Lenormand G., Henon S., et al. Direct measurement of area expansion and shear moduli of the human red blood cell membrane skeleton// Biophys. J., 2001. V.81, No.l. p.43-56.

74. Ameborg N., Siegumfeldt H., Andersen G. H., Nissen P., Daria V. R., Rodrigo P. J., Gluckstad J., Interactive optical trapping shows that confinement is a determinant of growth in a mixed yeast culture //, FEMS Microbiology Lett, 2006. "

75. Zhang H., Liu K.-K. // J. R. Soc. Interface, 2008. V. 5. P.671.

76. Zheng F., Qin Y., Chen K. Sensitivity map of laser tweezers Raman spectroscopy for single-cell analysis of colorectal cancer // J. Biomed. Opt. 2007. V. 12.034 002.

77. Eriksson E., Scrimgeour,J., Grane.li A., Ramser K., Wellander R., Enger J., Gokso.r M. Optical manipulation and microfluidics for studies of single cell dynamics // J. Opt. 2007. V. 9, pp. 113-121.

78. Applegate R. W. Jr., Squier J., Vestad Т., Oakey J., Marr D. W. M. Optical trapping, manipulation, and sorting of cells and colloids in microfluidic systems with diode laser bars.// Optics Express. Vol. 12, No. 19, 2004.

79. Herzenberg L. A., Parks D., Sahaf В., Perez O., Roederer M. The history and future of the fluorescence activated cell sorter and flow cytometry: a view from Stanford // Clin. Chem. 48, 1819-1827, 2002.

80. Dholakia, K., MacDonald, M. P., Zemanek, P., Cizmar, T. Cellular and colloidal separation using optical forces // Methods Cell Biol. 82, 467-495, 2007.

81. Milne G., Rhodes D., MacDonald M., Dholakia K. Fractionation of polydis-perse colloid with acoustooptically generated potential energy landscapes // Opt. Lett. 2007. V. 32. pp. 1144-1146.

82. Smith R. L., Spalding G. C., Dholakia K., MacDonald M. P. Colloidal sortingin dynamic optical lattices // J. Opt. 2007. V. 9. pp. 134-138.

83. Ozkan, M., Wang, M., Ozkan, C., Flynn, R., Birkbeck, A., Esener, S. Optical manipulation of objects and biological cells in microfluidic devices // Biomed. Microdevices 5, 61-67, 2003.

84. Скиданов P.B. Диссертационная работа: Оптический захват и перемещение диэлектрических микрообъектов вихревыми лазерными пучками сформированными ДОЭ // СГАУ Самара, 2007.

85. Lafong A., Hossack W. J., Arlt J., Nowalcowski T. J., Read N. D. Time-Multiplexed Laguerre-Gaussian holographic optical tweezers for biological applications. // Optics Express. Vol. 14, No. 7, p. 3065-3072, 2006.

86. Зинчук B.B. Деформируемость эритроцитов: физиологические аспекты, 2001г.

87. Nakache М., Caprani A., Dimicoli J.L. et al. Relationship between deform-ability of red blood cells and oxygen transfer: a modelized investigation // Clin. Hemoheol. 1983. - Vol.3, № 2. - P.l77-189.

88. George C., Thao Chan M., Weill D. et al. De la deformabilite erythrocytaire a l'oxygenation tissulaire //Med. actuelle. 1983. - Vol. 10, № 3. - P. 100-103.

89. Козлов M.M., Маркин B.C. Мембранный скелет эритроцита. Теоретическая модель // Биологические мембраны. 1986. - Т. 3, №4. - С. 404-422.

90. Коржуев П.А. Проблема оксигенации гемоглобина // Успехи физиологических наук 1973. - Т. 4, № 3. - С. 69-112.

91. Schmid-Schonbein Н. Blood rheology and oxygen transport to tissues // Adv. Physiol. Sci. 1982. - Vol. 25. - P. 279-289.

92. Mohandas N., Chasis J. A., Shobet S.B. The influence of membrane skeleton on red cell deformability, membrane material properties, and shape // Seminare in Hematology. 1983. - Vol. 20, № 3. - P. 225-242.

93. Smith J.E. Erythrocyte deformability // Ed. Agar N.S., Board P.J. Red blood cells of domestic mammals. Amsterdam, 1983. - P. 55-112.

94. Hakim T.S. Effect of erythrocyte heat treatment on pulmonary vascular resistance // Microvasc. Res. 1994. - Vol. 48, № 1. - P. 13-25.

95. Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект физический механизм активации биосистем квазимонохроматическим излучени-ем//Препринт ФИАН. Москва. 2006.

96. Brandao М.М., Fontes A., et.al. Optical tweezers for measuring red blood cell elasticity: application to the study of drug response in sickle cell disease // Eur. J. Haematol., 2003. V.70. p. 207-211.

97. Li C., Liu Y. P., Liu К. K., Lai А. С. K. The deformation of an erythrocyte under the radiation pressure by optical stretch // J. Biomech. Eng. 2006. V. 128. pp. 830-836.

98. Bariel P., Sheng Y. et. al. Calculation of spherical red blood cell deformation in dual-beam optical stretcher// Opt. Express. 2007. Vol.15, No. 24. P. 1602916034.

99. Gu M., Kuriakose S. et al. A single-beam near-field laser trap for optical stretching, folding and rotation of erythrocytes// Opt. Express. 2007. Vol.15, No. 3. P.1369-1375.

100. Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., Experiments on microscopic objects movement along various fixed trajectories caused by spiral beams, Proc. SPIE, V.5773, (2005).

101. Abramochkin E.G., Kotova S.P., Korobtsov A.V., Losevsky N.N., Mayorova A.M., Rakhmatulin M.A., Volostnikov V.G., "Microobject Manipulation Using Laser Beams with Nonzero Orbital Angular Momentum", Laser Physics, 2006, Vol.16, No 5,pp. 1-7.

102. Афанасьев K.H., Котова С.П., Коробцов A.B., Лосевский Н.Н, " Световые поля с ненулевым угловым моментом для лазерного микроманипулирования ", Известия Самарского Научного Центра РАН, т.9, №3, с. 6L5-620, Самара 2007.

103. Nieminen Т.A., et al. Calculation and optical measurement of laser trapping forces on non-spherical particles // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2001. V. 70. P. 627-637.

104. Gauthier R. C. Theoretical investigation of the optical trapping force and torque on cylindrical microobjects// J. Opt. Soc. Am. B. 14, 3323-3333, 1997.

105. Afanasiev K.N., Korobtsov A.V., Kotova S.P., "Spiral type beams based laser manipulator"/LPHYS"06, p.165, 2006.

106. Бобров C.T., Котлецов Б.Н., Туркевич Ю.Г. Синтезированные дифракционные решетки с порядками одинаковой интенсивности // Микроэлектроника. Т. 4. С. 375-378. 1975.

107. Abramochkin Е., Volostnikov V. Spiral-type beam // Opt. Comm. V 102. P. 336-350, 1993.

108. Дырдин В.В., Богомолова О.В., Корчуганов В.П. Исследование спектров поглощения и пропускания // Методические указания по курсу общей физики для подготовки студентов всех направлений. Кемерово. 2004.

109. Гаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. «Мир». 1976.

110. Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова А.М„ Разуева Е.В., Манипуляция микрообъектами лазерными пучками со сложной структурой // Физика наукоемких технологий, Иркутск 2006.

111. Clare M.R., et al. The Red Cell Production, Metabolism, Destruction // Blood. 1983. V. 610. P. 899-910.

112. Jacques S.L. Path integral description of light transport in tissue // Annals of the New York Academy of Sciences 1998. V. 838 P.l-13.

113. Федорова З.Д., Котовщикова M.A., Бессмельцев С.С., Попова Т.И. Об определении индекса деформируемости эритроцитов// Лабораторное дело. 1986. № 12. С. 732-735.

114. Svoboda К., Block S. М. Biological Applications of Optical Forces// Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 1994. V. 23, p.247-285.

115. Павлова Я.В., Сакович С.И. Ослабление низкоинтенсивного лазерного излучения венозной кровью и эритроцитной массой человека // Известия АГУ. 2007. №1(53) С. 118-121.

116. Потапенко А .Я., Кягова А.А., Тихомиров A.M. Осмотическая устойчивость эритроцитов/ Учебное пособие. ГОУ ВПО ГРМУ 2006.

117. Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова A.M., Кленов P.O., Кленова Н.А. Применение лазерного пинцета для Изучения механических свойств эритроцитов // Известия Самарского Научного Центра РАН, т. 11 №3, с. 76-81, 2009.