Laser bringen Mikroobjekte zum Rotieren
Mit einem neu entwickelten "Tractor Beam" könnten sich Nanomotoren oder Proteine drehen lassen
Bei Star Trek gibt es den Tractor Beam, mit dem sich aus der Ferne und Kontakt Objekte bewegen lassen. Etwas ähnliches haben jetzt schottische Wissenschaftler zwar nicht für Raumschiffe und andere große Objekte, sondern für die Mikrowelt entwickelt. Mit einem Laserstrahl können sie winzige Objekte bewegen, ohne sie zu beeinträchtigen.
Die Entwicklung baut auf dem Prinzip der optischen Pinzetten auf, bei denen Partikel in einem Laserstrahl gefangen und dann mit dem Strahl bewegt werden können. Damit lassen sich beispielsweise Gene in Zellen einführen, aber man keine Objekte sich drehen lassen, wie dies etwa für Motoren notwendig wäre.
Die schottischen Wissenschaftler haben eben dies realisiert, auch wenn es natürlich noch große Beschränkungen gibt. Wie bei einer optischen Pinzette wird ein Objekt im Lichtstrahl gefangen, wenn Licht beim Auftreffen auf das Objekt reflektiert wird. Das verändert den Lichtimpuls und auch den Impuls des Objekts, das dorthin gezogen wird, wo das Licht am intensivsten ist. Der Trick der Wissenschaftler bestand darin, zwei Laserstrahlen einzusetzen, die eine Spirale bilden. Wenn ein Objekt von der Pinzette erfasst wird, verändert man das Interferenzmuster der beiden Laserstrahlen so, dass die Spirale sich dreht, wodurch sich auch das gefangene Objekt mitdrehen muss. Steuern lassen sich die Drehung und die Geschwindigkeit der Spiralbewegung.
Bei Experimenten hatten die Wissenschaftler nicht nur Glasstäbchen mit einem Durchmesser von einem Mikron (100 Mal dünner als ein menschliches Haar) drehen können, sondern auch das Chromosom eines Hamsters, um zu zeigen, dass die Technik sowohl für Mikromaschinen als auch für die Manipulation von winzigen biologischen Objekten wie Zellen oder Zellkomponenten eingesetzt werden kann: "Unsere Technik könnte man für Motoren, Mixer, Zentrifugen und andere sich drehende Objekte in den billigen, winzigen und automatisierten Technologien der Zukunft verwenden", hofft Kishan Dholakia von der St. Andrews University, der mit seinen Kollegen die Technik in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Science vorstellt.
Vorstellen könnte er sich die Technik für "Laboratorien auf Chips", die schnell chemische oder biologische Tests ausführen. Auch zur Entwicklung neuer Medikamente könnte die Lasersteuerung dienen, wenn man mit ihr beispielsweise Enzyme und Proteine so lange drehen könnte, bis sie ineinander greifen.