Kararlı bir optik tuzaklama düzeneğinin tasarımı ve kurulumu

Abstract

Optik tuzaklama, lazer ışını ile küçük parçacıkların yakalanmasına dayanan bir olaydır. Tuzaklama olayında lazer ışını, parçacıklar üzerine saçılma kuvveti ve gradyent kuvveti olmak üzere iki temel kuvvet uygular. Tek ışın kullanılarak tuzaklamanın oluşması için bu iki kuvvetin de aynı anda var olması gerekir. Ancak kararlı bir tuzaklama, gradyent kuvvetinin saçılma kuvvetinden büyük olması durumunda elde edilir. Kararlı bir optik tuzaklama düzeneğinin kurulumunun gerçekleştirilmesinde kurulumda kullanılan bileşenler kadar kurulum geometrisinin iyi bir şekilde planlanması ve ışın yönlendirmelerinin hassas bir şekilde ayarlanmasının etkisi de büyüktür. Bu tez çalışmasında kararlı bir optik tuzaklama düzeneğinin kurulumu çalışması; bileşenlerin seçimi ve yerleşimi, düzenek geometrisi ve ışın yolunun planlanması ve kurulumu, ışın yolu hassas ayarlamalarının yapılması aşamalarını içerecek şekilde detaylı olarak incelenmektedir. Kurulumu hassas bir şekilde gerçekleştirilen ve kalibrasyonu yapılmış olan bir optik tuzaklama düzeneği kullanılarak; hücreler, organeller ve tek moleküller gibi biyolojik numuneler üzerine kontrollü kuvvet uygulanabilmesi ve bu moleküllerin uygulanan kuvvete gösterdikleri tepkinin ölçümü mümkün olabilmektedir. Dolayısıyla bu yüksek hassas deneysel yöntem, pek çok biyolojik ya da biyolojik olmayan numunenin mekanik özelliklerinin moleküler boyutlara kadar inebilen geniş bir uygulama spektrumunda incelenmesine olanak sağlayan bir yöntemdir. Bu tez çalışması ile kararlı bir optik tuzaklama düzeneğinin kurulumu, gelecekte yapılması hedeflenen araştırma çalışmalarının yapılmasına imkân sağlayacak şekilde planlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda düzenek, zaman içerisinde yapılacak bazı eklentiler ile araştırma potansiyelinin arttırılmasına olanak sağlayacak esnekliğe de sahip olacak şekilde planlanmıştır.

Optical trapping is a phenomenon which is based on the capture of small particles by using a laser beam. In the trapping laser beam exerts two fundamental forces, scattering and gradient forces, on the particles. For the generation of an optical trap by using a single beam, these two forces should exist simultaneously. However, a stable trapping is obtained when the gradient force is greater than the scattering force. The planning of setup geometry and the fine alignment of the beam are as important as the selection of setup components during the establishment of a stable optical trap setup. In this dissertation, foundation of a stable optical trap setup is investigated comprehensively including the steps; selection and placement of setup components, planning setup geometry and beam path, and fine beam alignment. By using a vigilantly established and well calibrated optical trapping setup, it is possible to conduct experiments such as application of forces on biological samples including cells, organelles and single molecules and measurement of the sample response caused by the applied force. Consequently this sensitive experimental technique makes it possible to investigate the mechanical properties of many biological or non-biological samples in a wide application spectrum up to molecular level. In this thesis study, foundation of a stable optical trap setup which is suited for the aimed research studies was planned and accomplished. The setup, at the same time, was planned to have the flexibility to accommodate additional components for the enhancement of experimental potential in support of future research.