光ピンセット

Optical tweezers

I．光ピンセットとは？

　光ピンセットは，レーザー光のような強い光を，開口数の大きなレンズ（顕微鏡の対物レンズ等）で強く集光することにより，その焦点付近で物を非接触に捕まえる装置である。ビーズはもちろん，ウイルスから細胞まで，様々な物を捕まえることができる（波長1μmの赤外光レーザーを使えば，水や生体物質に吸収されないので，溶液中の細胞などを生かしたまま捕まえ続けることができる）。光ピンセットは，マイクロマニピュレーションや，分子モータータンパク質の力の測定などに利用されている^1,2）。

　なぜ光で物が捕まえられるのか？光の波長に比べて，捕まえる物の大きさがある程度以上大きい場合には，幾何光学の立場に立って，光の屈折から光ピンセットの捕捉力を説明することができる^3）。図1Aに示すように，焦点の位置より少し外側の位置に球体を置いた場合を考える。光は，球体に入る時と，出る時の2回屈折し，その進行方向を変える。つまり，光には運動量が与えられたことになる。これの反作用として，同じ大きさで逆向きの運動量が球体には与えられる。そして，これらの合力は光の焦点の方向に向く。