Entwicklung eines opto-mechanischen Mikrolabors zur Generierung und Untersuchung biomimetischer Proteinnetzwerke - Böhm, Christian H. J. (2005)
Der Zugang zur Untersuchung komplexer Mikrostrukturen, wie sie insbesondere durch biologische Systeme gebildet werden, verlangt spezielle Werkzeuge und Methoden, die eine aktive physikalische und chemische Kontrolle in diesem Größenbereich und die Erfassung systemspezifischer Parameter erlauben. Ein Teil dieser Anforderungen kann durch den Einsatz holographischer optischer Pinzetten (HOT) erfüllt werden, mit denen sich eine Vielzahl mikroskopischer Objekte nicht-invasiv manipulieren und Piconewtonkräfte messen lassen. In dieser Arbeit wurden die Anwendungsmöglichkeiten der HOT erstmals über eine reine Objektmanipulation hinaus durch Integration in eine neu entwickelte Mikrofluidikplattform erweitert und die HOT-Technologie in Hinblick auf komplexe Systemanwendungen weiterentwickelt: Verschiedene Algorithmen zur Hologrammberechnung wurden hinsichtlich ihrer Effizienz miteinander verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass ein hier vorgestellter erweiterter Superpositionsansatz in den meisten Fällen zur Hologrammgenerierung ausreicht, womit die Verwendung zeitaufwändiger iterativer Verfahren entfällt. Die Abhängigkeit der Effizienz von Symmetrieeigenschaften der Fallenmuster wurde aufgezeigt und analysiert. Durch Verwendung der Superposition wurde eine Ortsauflösung der HOT-Positionierung im Nanometerbereich realisiert. Die Abhängigkeit der Auflösung von der Zahl der Bildpunkte und Phasenstufen der Hologramme konnte hergeleitet und experimentell demonstriert werden. Die HOT-Technologie ermöglicht die Erzeugung optischer Wirbelfallen, die gefangene Objekte durch Drehimpulsübertragung in Rotation versetzen. Eine neue Klasse modulierter optischer Wirbel wurde präsentiert, die eine Regulation des Drehimpuls optischer Wirbel erlaubt ohne die Laserintensität oder den Wirbelradius zu verändern. Die Fabrikation eines ultraflachen und optisch transparenten Mikrofluidiksystems stellt ein Werkzeug zur Kontrolle des chemischen Milieus zur Verfügung, das eine Integration der HOT erlaubte. Speziell auf die HOT angepasste Kanaldesigns wurden entwickelt, um Systemstabilität zu gewährleisten und gleichzeitig einen flexiblen Austausch von Substanzen zu ermöglichen. Dieses opto-mechanische Mikrolabor konnte schließlich zur Generierung biomimetischer quasi-zweidimensionaler Aktinnetzwerke auf durch HOT strukturierten Mikrokugeln genutzt werden: Es wurde zur Oberflächenstrukturierung, der Erzeugung kraftsensorischer Geloberflächen und der freien rein optischen Systemmanipulation eingesetzt.
Keywords: Hochschulschrift