pinças Óticas e algumas aplicações em biologia celular
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NATHAN BESSA VIANA
UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro– Rio de Janeiro – Brasil
Pinças Óticas e Algumas Aplicações em Biologia Celular
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
Resumo1) Considerações sobre linguagens;
2) Pinças óticas;
3) O Laboratório de Pinças Óticas da COPEA;
4) Amarras de membrana;
5) Módulo de Young da cápsula do fungoCryptococcus neoformans.
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
Nós falamos…
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
Two households, both alike in dignity,In fair Verona, where we lay our scene,From ancient grudge break to new mutiny,Where civil blood makes civil hands unclean.From forth the fatal loins of these two foesA pair of star-cross'd lovers take their life;Whose misadventured piteous overthrowsDo with their death bury their parents' strife.The fearful passage of their death-mark'd love,And the continuance of their parents' rage,Which, but their children's end, nought could remove,Is now the two hours' traffic of our stage;The which if you with patient ears attend,What here shall miss, our toil shall strive to mend.
O mundo fala…
William ShakespeareRomeu and Juliet
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
“Fisiquês…”
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
“Biologês…”
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
Desafio…
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LUZ
Transporta energia
Rio de Janeiro, Brasil
LUZ
Transporta momento
Johannes Kepler, 1619
Exercer forças utilizando luz?
Jornada nas Estrelas – raio trator
Pinças óticas
•I – iluminação;
•AA – amostra de água;
•ED – espelho dicróico;
•SD – sistema de detecção;
•LO – lente objetiva;
•CCD – câmera;
Laser
CC
DMotor XY
LO
I
AA
SD
ED
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Amostras
água
vidro
h
Pinças óticas
Diâmetro ~5 µm
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Pinças óticas
Pinças óticas
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Pinças óticas
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Ótica geométrica (OG)
Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
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Pinças óticas
Uma pinça ótica é obtida quando a força de gradiente(refração em OG) é maior que a pressão de radiação
(reflexão in OG)
Isso acontece no foco de uma lente degrande abertura numérica (uma
objetiva de microscópio)
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Pinças óticas
k
x!
Mola
Conceitualmente equivalentes
xkF != (10-12N – escala de força)
Pinça ótica
x!
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Como desenvolver uma teoria de pinças óticas?
Precisamos saber como a luz interage com esferas dielétricastransparentes;
Precisamos descrever corretamente o efeito sofrido pelo feixe deluz ao passar por uma lente de microscópio (grande aumento e
resolução) ;
C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of light by small particles (Willey, NY,1983) - Mie scattering
P. Debye, Ann. Phys., Lpz., 30, 755 (1909)B. Richards and E. Wolf, Proc. R. Soc. Lond. A 253, 358 (1959)
Teoria Mie-Debye (MD): sem parâmetros ajustáveis, fornececorretamente o resultado no limite de ótica geométrica;
A. Mazolli, P. A. Maia Neto, and H. M. Nussenzveig, Proc. R. Soc. London A 459,3021 (2003)
Calibração
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
Constante elástica
mah µ3+= mah µ15+=
• Viana NB, Rocha MS, Mesquita ON, Mazolli A, Neto PAM, Nussenzveig HM, PRE, 75(2), #021914;• Viana NB, Mazolli A, Rocha MS, Mesquita ON, Neto PAM, Nussenzveig HM, APL, 88(13), #131110; • Viana NB, Rocha MS, Mesquita ON, Mazolli A, Neto PAM, Nussenzveig HM, PRE, 75(2), #021914;
a = 0.264 mm
Salto em posições de equilíbrio
Longe da lamínula: diversos pontos deequilíbrio local, armadilha não estável no
limite de partículas submicrométricas.
• Viana NB, Mazolli A, Rocha MS, Mesquita ON, Neto PAM, Nussenzveig HM, APL, 88(13), #131110; • Viana NB, Rocha MS, Mesquita ON, Mazolli A, Neto PAM, Nussenzveig HM, PRE, 75(2), #021914;
Pinças óticas
Aplicações
Efeito de aberrações primáriasem pinças óticas
Rafael de Souza Dutra - doutorado
Pinças óticas
Sistemamicrométrico deposicionamento
Sensor de forçana escala de pN
Principais aplicações
• Elasticidade de moléculas únicas;• Elasticidade celular;• Medida da viscosidade de soluções
aquosas;• Tempo de adesão;
Encontro de Física 2011 – Foz do Iguaçu
LPODepartamento de Anatomia, sala F1-028
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
Projetos - LPOLaboratório de Pinças Óticas - 2011
Cell membrane and cytoskeleton properties
Tether extraction
B. Pontes et al., submitted to Biophysical Journal
Extração de amarrasBarra de escala: 10 µm
Propriedades físicas – membrana e citoesqueleto
Propriedades físicas – membrana e citoesqueleto
B. Pontes et al., submitted to Biophysical Journal
Extração de amarras
B. Pontes et al., submitted to Biophysical Journal
Raio da amarra (R)
Propriedades físicas – membrana e citoesqueleto
Citoesqueleto de actinaB. Pontes et al., European Biophysics Journal, (37), 121-129 (2008)
Propriedades físicas – membrana e citoesqueleto
B. Pontes et al., submitted to Biophysical Journal
Amarra possui actinapolimerizada em seu interior!
Propriedades físicas – membrana e citoesqueleto
B. Pontes et al., submitted to Biophysical Journal
Tensão superficial é influenciada pela presença de actina.Células de linhagem, fibroblastos NIH3T3
( ) mNControle /107.09.5 5!"±=#
( ) mNCytoD /101.03.1 5!"±=#
Tensão superficial
Propriedades físicas – membrana e citoesqueleto
S. Frases et al., Biophysical Journal, (97), 937-945 (2009)
Cápsula do Cryptococcus – agente patogênico
Propriedades físicas da cápsula do fungo Cryptococcusneoformans
S. Frases et al., Biophysical Journal, (97), 937-945 (2009)
Módulo de Young da cápsula (E)
Propriedades físicas da cápsula do fungo Cryptococcusneoformans
S. Frases et al., Biophysical Journal, (97), 937-945 (2009)
Propriedades físicas da cápsula do fungo Cryptococcusneoformans
Conclusions• Pinças óticas são instrumentos adequados para ainvestigação de propriedades mecânicas de células e demateriais moles;
• A tensão superficial da célula é influenciada pela presençade actina filamentar;
• Pela primeira vez foi determinado o módulo de Young dacápsula do fungo Cryptococcus neoformans;
• O módulo de Young da cápsula do fungo pode ser usadocomo sonda para estudar a arquitetura e patogenicidade dofungo.
Laboratório de Pinças Óticas - 2011
http://www.if.ufrj.br/~lpo
Muito obrigado!