Sentuhan Cahaya

Kishan Dholakia, Peter Reece dan Min Gu dari University of St Andrews, Inggris, memeriksa bagaimana cara cahaya dapat bergerak dan menyortir benda-benda biologis. Studi ini kemudian digunakan untuk pembelajaran fisika dan kimia pada skala mikroskopik.

Menahan dan menggerakkan benda-benda menggunakan cahaya terdengar seperti hayalan belaka, namun ini sebenarnya adalah ilmu nyata pada skala mikroskopik. Karakteristik dari cahaya dan interaksi benda-cahaya (light-matter) pada skala kecil telah membuat penemuan saintifik selama empat puluh tahun kebelakang menjadi sebuah kenyataan. Penemuan dari laser membuka banyak sekali bidang penelitian baru termasuk mikromanipulasi optik, dimana cahaya mengeluarkan energi untuk menahan/memerangkap dan menggerakkan benda-benda. Gaya ini datang dari pemindahan momentum yang dimiliki oleh cahaya kepada suatu objek. Sebagai contoh, jika sebuah objek merefraksi cahaya, maka momentum cahaya akan berubah seiring dengan pembiasannya. Secara alami momentum dari sebuah kuantum cahaya, foton, sangatlah kecil yang berarti bahwa gaya-gaya ini memiliki nilai nyaris sepersejuta dari sepersejuta Newton.

Gaya seperti ini tidak mampu menggerakkan objek makro, namun merupakan sebuah alat yang tepat untuk menggerakkan dan menahan benda-benda dengan ukuran sel ataupun lebih kecil. Sebuah sinar terfokus yang rapat dapat menggerakkan benda-benda dengan ukuran seperti ini tanpa melakukan kerusakan, namun perlu dilakukan pemilihan gelombang cahaya yang tepat untuk menghindari penyerapan dan gaya miniskul dimana makromolekul dirubah menjadi butiran mikroskopik. Disini kita berada pada sebuah alam motor molekular yang merubah energi kimia menjadi energi mekanik. Contohnya adalah sistem aktin-myosin dimana ini berjalan menggunakan reaksi kimia, umumnya adalah hidrolisis dari adenosin trifosfat (ATP) menjadi adenosin difosfat (ADP) dan fosfat. Dengan melakukan pemerangkapan maka proses ini dapat diamati secara nyata. Posisi tepat dari partikel yang diperangkap diamati memiliki akurasi yang lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang dari cahaya, karena detektor dapat diikutsertakan sebagai sebuah objek pusat gravitasi yang berarti pergerakan molekul biologis dapat diamati engan sensitivitas yang mengagumkan. Pemanjangan transkripsi dari RNA polimerase Escheria Coli bahkan dapat dimonitor pada sebuah cetakan DNA dengan pergerakannya berada pada tingkat ngstrom.

Cahaya mampu melakukan lebih dari sekedar pengukuran gaya yang akurat. Ia juga mampu menggerakkan sebuah atau beberapa tetes untuk pengadukan subsekuensial dan mempelajari reaksi kimia - ini membuka bidang-bidang kimia baru seperti kimia gabungan hanya dengan menggunakan reagen dalam skala pikoliter (uL), dan mempelajari dinamika koagulasi dan reaksi mikro. Gaya optik yang digabungkan dengan gaya fluida juga dapat digunakan pada area mikrofluida untuk penelitian laboratorium di atas kepingan・

Fotonik baru dalam rupa serangkaian perangkap atau implementasi dari pola baru cahaya (dibandingkan dengan pola sirkular standar untuk laser pada umumnya) ialah inti dari perkembangan saat ini. Jika pola cahaya yang dipanjangkan dapat dibuat maka serangkaian titik cahaya (menyerupai telur dalam kemasan) dapat dibuat. Rangkaian pemerangkap ini dikenal sebagai lanskap energi potensial. Pergerakan dari partikel yang melalui rangkaian optis ini menyerupai sebuah bola kecil yang bergerak sepanjang atap yang berkontur, dimana gravitasi menyebabkan objek bergerak sepanjang atap, namun penelusuran arah pergerakan yang tepat bergantung dari lubang・yang ada di atap tersebut. Bila analogi ini diperpanjang, rangkaian perangkap ini dapat dibuat sedemikian rupa sehingga ketika partikel partikel mengalir maka lubang-lubang ini mendefleksikan objek hingga suatu derajat dimana ini ditentukan oleh afinitas mereka terhadap cahaya. Metode ini memungkinkan pemisahan sel dan partikel koloid tanpa penambahan penanda (marker) fluorosens. Ini hanya satu contoh dari apa kegunaan lanskap ini. Bukan tidak mungkin bila penelitian dapat dikembangkan hingga materi koloid dan benda lunak, dan mungkin dapat membantu pemahaman yang lebih baik tentang superkonduktivitas.

Mikromanipulasi optis telah ada selama 35 tahun, dengan dampaknya yang signifikan pada saat ini. Dengan aplikasi baru dan pemahaman baru maka bidang ini semakin dinamis dan menarik lebih dari sebelumnya - cahaya telah menangkap・lebih dari imajinasi para ilmuwan.

Read Kishan Dholakia et al's tutorial review on 'Optical micromanipulation' in issue 1, 2008 of Chem. Soc. Rev.

(dikutip dari: Tomi Rustamiaji, S.Si, ITB, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=148)