Luận án Nghiên cứu kìm quang học phi tuyến sử dụng màng mỏng màu hữu cơ ứng dụng điều khiển các vi hạt

cũng đã được khẳng định trong công trình trước đây khi sử dụng hai xung laser truyền ngược chiều nhau [40]. Hiện tượng này được khảo sát rõ hơn, khi khảo sát quỹ đạo của DMP khi thay đổi công suất laser Hình 4.3b và Hình 4.4b. Trong Hình 4.3b cho thấy khi tăng (giảm) công suất laser thì TC sẽ gần (xa) hơn mặt đầu ra của màng Acid Blue. Các đặc trưng vị trí dọc - thời gian kéo với vị trí ban đầu của DMP (a) và công suất laser (b) khác nhau. Hình 4.3a: Các vị trí ban đầu (từ dưới lên): (-2,5μm,980μm), (-2,5μm,990μm), (-2,5μm,1010μm), (-2,5μm,1020μm). Hình 4.3b: Các giá trị của cường độ laser (từ dưới lên): Io=0,98.10 5 W/cm 2 , Io= 0,99.10 5 W/cm 2 , Io=1.10 5 W/cm 2 , Io=1,01.10 5 W/cm 2 , Io= 1,02.10 5 W/cm 2 . 67 Hình 4.3 Các đặc trưng vị trí dọc - thời gian kéo với vị trí ban đầu của DMP (a) và công suất laser (b) khác nhau Hình 4.4 Các đặc trưng vị trí ngang- thời gian kéo với vị trí ban đầu của vi hạt (a) và cường độ laser (b) khác nhau. Trên Hình 4.4a: Các vị trí ban đầu - Đen; (-2,5μm,1015μm) - Xanh da trời; (-2,5μm,1010μm) - Xanh lá cây; (-2,5μm,1005μm) - Xanh lơ; (-2,5μm,1000μm) - Đỏ. Trên hình Hình 4.4b: Các giá trị cường độ laser: Đen - Io=0,98.10 5 W/cm 2 ; Xanh lá cây - Io= 0,99.10 5 W/cm 2 ; Đỏ -Io=1.10 5 W/cm 2 Xanh lơ - Io=1,01.10 5 W/cm 2; Xanh da trời - Io= 1,02.10 5 W/cm 2 . Cụ thể, DMP đặt tại vị trí ban đầu có thể kéo tới các TC khác nhau tại các vị trí: , , , và nằm trên trục laser 68 bằng cách thay đổi công suất laser đến . Đây chính là đặc trưng riêng của NOTW và nổi trội so với LOTW [6]. Hơn nữa, chúng ta cũng nhận thấy rằng, thời gian kéo DMP vào tâm theo trục hướng tâm sẽ ngắn hơn so với thời gian kéo theo trục dọc. Điều này hoàn toàn có thể giải thích vì rằng khoảng cách từ vị trí ban đầu của DMP đến trục laser ngắn hơn nhiều so với khoảng cách từ vị trí của DMP đến các TC, đồng thời vì gradient ngang cường độ laser bao giờ cũng lớn hơn gradient dọc. Từ Hình 4.3 và Hình 4.4 ta thấy rõ ràng, thời gian kéo DMP trong cả hai chiều đều tăng khi khoảng cách giữa DMP và TC tăng. Hình 4.5 Quỹ đạo của vi hạt. Trên Hình 4.5a: Từ các vị trí ban đầu khác nhau: - Xanh da trời, μ μ - Xanh lá cây, - Đỏ, - Xanh lơ, - Đen, Tâm kìm μ μ Trên Hình 4.5b: Từ vị trí đến các tâm khác nhau với cường độ: 69 - xanh lá cây, -xanh lơ, -đỏ, - xanh da trời, - đen. Kết hợp các đặc trưng trên Hình 4.3 và Hình 4.4, quỹ đạo trong mặt phẳng pha trong quá trình kéo DMP đặt tại các vị trí khác nhau đến TC bằng laser có cường độ đỉnh Hình 5a và DMP đặt tại vị trí xác định đến các TC khác nhau bằng cách thay đổi cường độ laser Hình 4.5b. Từ Hình 4.5, thấy rằng, bất kỳ DMP nằm trong vùng bẫy, đều được kéo về TC, tuy nhiên phụ thuộc vị trí tương đối giữa DMP và TC mà quỹ đạo, thời gian kéo và tốc độ kéo là khác nhau. Một điểm cần chú ý là DMP kéo về trục chùm tia laser sẽ rất nhanh và sau đó được kéo về TC dọc theo trục laser. Như vậy, thời gian kéo DMP theo trục hướng tâm rất nhỏ, khoảng Hình 4.2a có thể bỏ qua khi so sánh với thời gian kéo theo trục dọc, khoảng Hình 4.3a. Đặc trưng này cho phép chúng ta có thể có thời gian dài theo dõi và điều khiển DMP tự do theo trục chùm tia. Như vậy, sử dụng NOTW để điều khiển vi hạt tự do bằng aOM là một lựa chọn phù hợp. 4.2 Kéo căng phân tử ADN. 4.2.1. Mẫu NOTW kéo căng phân tử ADN. Mẫu NOTW sử dụng kéo căng phân tử ADN được trình bày trong Hình 4.6. Một phân tử ADN dạng chuỗi con sâu (Worm like Chain-WLC) có độ dài bền (Persistence Length- PL) và CL được gắn với hai DMP ở hai đầu, một DMP gọi neo, DMP kia gọi là bẫy. DMP neo có định tại vị trí có tọa độ , DMP bẫy được đặt trong TR. Dưới tác động của OF, DMP bẫy có xu hướng được kéo vào TC. Trong quá trình kéo, vị trí của DMP bẫy thay đổi và xác định bằng tọa độ . DMP bẫy và toàn bộ phân tử ADN được nhúng trong chất lưu, do đó DMP bẫy chịu tác động của OF và lực Brown. Tuy nhiên, khác với vi hạt tự do, DMP bẫy gắn với phân tử ADN còn chịu tác động của EF [31]. EF tác động lên DMP bẫy theo 70 hướng ngược với OF. Từ Hình 4.6, chúng ta dẫn ra biểu thức của EF dọc và EF ngang như sau: Hình 4.6 Cấu hình NOTW kéo thẳng phân tử ADN. * [ ] + (4.6)1 * [ ] + (4.6 )2 trong đó, là EF tổng, √ là độ căng tổng [98], | | và | | là độ căng thành phần theo trục hướng tâm và trục laser, là hằng số Boltzmann, là nhiệt độ tuyệt đối, là góc nghiêng giữa đoạn thẳng nối hai DMP so với mặt cắt chùm laser. 4.2.2 Hệ phương trình Langevin tổng quát Theo các công trình [66],[94],[96], chuyển động của DMP bẫy trong 71 không gian pha được mô tả bằng GLEs sau: ̈ ̇ √ (4.7)1 ̈ ̇ √ (4.7)2 khác với hệ phương trình (4.4) duy nhất thành phần mô tả lực đàn hồi (4.6). Sử dụng LDM, GLEs (4.7) được chuyển sang hệ FDEs sau: √ (√ √ ) (4.8)1 √ (√ √ ) (4.8)2 trong đó, √| | | | là độ căng tức thời; ( | | | | ) là góc lệch tức thời. 4.2.3 Động học của vi hạt gắn với phân tử ADN Chúng ta khảo sát động học của DMP polystyrene bán kính và chiết suất gắn với phân tử ADN chủng lambda (-phage) có và [23]. DMP Polystyrene và phân tử ADN được nhúng trong nước. Sử dụng chùm tia laser đầu vào có cường độ đỉnh và bán kính thắt chùm , màng mỏng Acid Blue 29 có độ dày và NCoRI . Với các tham số trên, tiêu cự của NML sẽ là , có nghĩa là thắt chùm cách mặt ra của màng Acid Blue một khoảng , hay TC có vị trí tại tọa độ trong mặt phẳng pha . Hình 4.7a: LGOF và EF dọc trong quá trình kéo căng; Hình 4.7b: TGOF và EF ngang trong quá trình kéo căng; Hình 4.7c: TGOF và EF ngang lân cận trục laser. 72 Hình 4.7 OF (xanh dương) và EF (đỏ) tại các vị trí khác nhau của DMP. Để có thể khảo sát được động học của DMP bẫy trong quá trình kéo bằng NOTW, tức là trong quá trình phân tử ADN bị kéo căng, chúng ta neo DMP neo tại vị trí có tọa độ . Với vị trí này thì khoảng cách giữa từ vị trí của DMP neo đến TC nhỏ hơn CL của phân tử ADN, nghĩa là độ căng cực đại có thể gần bằng chiều dài tổng, √ , để bảo đảm phân tử ADN không bị đứt trong quá trình kéo căng. Hình 4.7 là kết quả khảo sát sự thay đổi của các lực tác động lên DMP bẫy trong quá trình kéo căng phân tử ADN. Lực dọc có giá trị khi DMP bẫy nằm tại vị trí 73 và giảm xuống khi nó chuyển đến vị trí . Trong khi đó, EF dọc tăng từ 0 lên . Tại vị trí lân cận hai lực tác động lên DMP bẫy bằng nhau, tức là chúng triệt tiêu nhau Hình 4.7a. Tại đó, DMP bẫy chỉ dao động dưới tác động của lực Brown. Đặc trưng này cũng xảy ra tương tự đối với các lực ngang Hình 4.7b, cân bằng lực ngang dẫn đến DMP bẫy dao động Brown xung quanh vị trí . Như vậy, trong trường hợp này DMP bẫy được kéo đến vị trí bẫy ( ) mà không kéo vào TC tại vị trí . Hình 4.8 Đặc trưng vị trí - thời gian a: hướng tâm, b: dọc trục. Hơn thế nữa, TGOF lớn hơn nhiều so với LGOF, trong khi đó EF dọc nhỏ hơn EF ngang, do đó, DMP bẫy có xu thế chuyển động trên trục hướng tâm với tốc độ lớn hơn. Khảo sát đặc trưng vị trí - thời gian của các DMP bẫy có vị trí ban đầu khác nhau: Hình 4.9a: trên trục hướng tâm với zo = 24990 µm; Hình 4.9b: trên trục laser với o = -12,7 µm; Hình 4.9c: trên trục laser với o = -12,7 µm (đỏ), o = -9 µm (xanh lơ), o = -7 µm (xanh lá cây), o = -5 µm (xanh dương) và o = -3 µm (đen). 74 Hình 4.9 Đặc trưng vị trí - thời gian của các DMP bẫy có vị trí ban đầu khác nhau Điều này được thấy rõ hơn trên Hình 4.8, mô tả vị trí của DMP bẫy theo thời gian. Từ Hình 4.8a, nhận thấy về mặt bản chất, đường đặc trưng thời gian kéo-vị trí DMP bẫy phù hợp với kết quả khảo sát đặc trưng thời gian kéo-độ căng của phân tử ADN bằng thực nghiệm của Fu và cộng sự [102] hình nhỏ phía trên Hình 4.9d. Sau thời gian khoảng 80 s DMP bẫy di chuyển một quãng đường gần 13m theo phương hướng tâm, nhưng phải cần đến khoảng 15s để di chuyển một khoảng 7m trên trục dọc Hình 4.8b. Đây là một đặc tính chuyển động của DMP bẫy trên trục dọc mà đến nay vẫn chưa được quan tâm. Như đã chỉ ra trong các công trình [86],[88] khi DMP bẫy càng gần trục laser thì thời 75 gian di chuyển vào TC càng ngắn. Điều này có thể khẳng định lại khi khảo sát thời gian kéo DMP bẫy vào TC khi vị trí ban đầu thay đổi Hình 4.9a. Thời gian tăng từ 40 µs (đường màu đen) lên đến 80µs (đường màu đỏ) khi chuyển vị trí ban đầu của DMP bẫy từ đến μ . Tuy nhiên, trên trục laser thì tương quan này sẽ đảo lại Hình 4.9b. Trường hợp khi mà DMP bẫy đặt chính trên mặt thắt chùm tia thì không có LGOF tác động nên DMP bẫy thực hiện dao động ngẫu nhiên tương tự như trong Hình 4.2b. Trừ trường hợp này ra, thời gian kéo DMP bẫy vào TC sẽ tăng khi vị trí ban đầu của DMP bẫy gần mặt thắt chùm, tức là khi mà độ căng cực đại có thể giảm. Hiện tượng này có thể giải thích như sau: khi DMP bẫy tiến gẫn đến TC thì LGOF giảm dẫn đến vận tốc chuyển động của DMP bẫy giảm Hình 4.7a, hơn thế nữa khi DMP bẫy đặt gần TC hơn Hình 4.9b,c thì vị trí bẫy cũng dịch gần hơn về phía TC, tức là quãng đường di chuyển của DMP bẫy trong quá trình kéo dài hơn. Chính hai lý do này là nguyên nhân làm tăng thời gian bẫy. Một điểm quan trọng có thể thấy ở đây là thời gian kéo cũng như vị trí bẫy phụ thuộc vào tương quan giữa CL (- ) của phân tử ADN và chiều dài căng nhất có thể (maximum stretchable length-MSL, ) của nó. Như chỉ ra trong Bảng 4.1, khi vị trí bẫy càng gần tâm bẫy ( μ μ ) thì chiều dài căng nhất có thể sẽ ngắn hơn, nhưng thời gian kéo vi hạt vào vị trí bẫy dài hơn. Nhận định trên được khẳng định lại khi khảo sát đặc trưng vị trí-thời gian của các DMP bẫy có vị trí ban đầu trên trục chùm laser và khoảng cách tới tâm kìm khác nhau: -(blue), -(green), (cyan), -(black) và -(red) như trong Hình 4.10. 76 Bảng 4.1 Vài tham số động học của DMP bẫy. Tên hình Màu Init. Position Vị trí ban đầu (m) Trap position Vị trí bẫy (m) Lstr (m) (Chiều dài lớn nhất) LC=16.24m Pul. Time (Thời gian bẫy) (s) 4.9b Đen (-12.7, 24998) (0, 24999.7) 12.81 300000 Xanh dương (-12.7, 24996) (0, 24999.5) 13.17 250000 Xanh lá cây (-12.7, 24994) (0, 24999.0) 13.65 225000 Xanh lơ (-12.7, 24992) (0, 24998.2) 14.13 185000 Đỏ (-12.7, 24990) (0, 24997.0) 14.50 155000 4.9c Đỏ (-12.7, 24990) (0, 24997.0) 14.50 155000 Xanh lơ (-09.0, 24990) (0, 24999.0) 12.72 260000 Xanh lá cây (- 07.0, 24990) (0, 24999.3) 11.64 275000 Xanh dương (- 05.0, 24990) (0, 24999.5) 10.73 280000 Đen ( -03.0, 24990) (0, 24999.6)  10.05 300000 Trong tất cả các trường hợp, DMP bẫy luôn luôn có xu hướng dịch chuyển về phía TC, nhưng chỉ tới vị trí bẫy lân cận TC mà không bao giờ tới đúng TC. Rõ ràng mặc dù vị trí ban đầu của DMP bẫy gần TC hơn dẫn đến chiều dài căng cực đại có thể sẽ ngắn hơn, nhưng thời gian kéo vào vị trí bẫy vẫn tăng lên mặc dù không đáng kể, vì khi đó tỉ số giữa LGOF và EF dọc giảm, cùng với tính đối nhau của chúng làm cho vận tốc trung bình của DMP bẫy giảm xem Hình 4.11. Thời gian kéo DMP bẫy trên trục chùm tia đóng góp chính vào thời gian kéo tổng hay thời gian kéo duỗi phân tử ADN. Do đó, đây là điểm đáng được quan tâm trong quá trình khảo sát động học của DMP bẫy gắn với phân tử ADN trên trục chùm tia và thay vì khảo sát quá trình kéo duỗi phân tử trong không gian 3D bằng 77 2D. Với mục đích này, chúng ta xét một phân tử ADN trong NOTW sử dụng LGB ban đầu với , thay đổi từ xuống được gắn với DMP polystyrene đặt tại hai vị trí ban đầu khác nhau trên trục laser. Hình 4.12 thể hiện các đặc trưng vị trí-thời gian của DMP bẫy tại hai vị trí ban đầu khác nhau và cường độ laser đỉnh khác nhau. Bằng cách tinh chỉnh tăng cường độ laser đỉnh, tọa độ của TC thay đổi ( o = 0 µm, zo = 998,04 µm), ( o = 0 µm, zo = 991,1 µm) , ( o = 0 µm, zo = 1000 µm), ( o = 0µm, zo = 1001 µm) và ( o = 0µm, zo = 1002 µm), càng gần vị trí ban đầu của DMP bẫy. Do quan hệ luôn luôn thỏa mãn, nên DMP bẫy đặt tại vị trí sẽ được kéo tới tất cả các TC, trong khi đó, DMP bẫy đặt tại vị trí chỉ được kéo tới ba TC và không bao giờ tới các TC xa hơn vì khi đó . Hình 4.10 Đặc trưng vị trí-thời gian của DMP bẫy trên trục laser với Win = 0,05 cm. Khác với trường hợp điều khiển trong không gian 2D khi mà DMP bẫy luôn chịu tác động của hai lực ngược nhau nhưng lớn hơn nhiều so với lực Brown. 78 Hình 4.11 Vận tốc tức thời của DMP bẫy. Trong trường hợp điều khiển trên trục laser nhờ NOTW, DMP bẫy không những di chuyển thẳng đến vị trí bẫy mà còn thực hiện dao động ngẫu nhiên trên mặt phẳng thắt chùm Hình 4.12. Hình 4.12 Các đường đặc trưng vị trí-thời gian của DMP bẫy tại hai vị trí ban đầu khác nhau trên trục laser trong NOTW sử dụng cường độ đỉnh laser khác nhau. Io =1,002.10 5 W/cm 2(xanh lơ), Io =1,001.10 5 W/cm 2 (xanh lá cây),Io =1.10 5 W/cm 2(đỏ), Io =0,999.10 5 W/cm 2 (xanh dương), Io =0,998.10 5 W/cm 2(đen), với Win = 0,05 cm. 79 Hình 4.13 Quỹ đạo của DMP bẫy trên trục laser cường độ đỉnh laser khác nhau. Trong Hình 4.13, cường độ đỉnh laser đươc xác định (xanh lơ), (đỏ), Io (đen). Hình 4.14 Chuyển động Brown của DMPt tại vị trí bẫy, khảo sát cho trường hợp . 80 Dao động ngẫu nhiên này cũng xảy ra trên trục laser, khi DMP bẫy nằm tại vị trí bẫy Hình 4.14. Tuy nhiên, biên độ dao động lớn nhất chỉ vào khoảng , có thể bỏ qua khi so sánh với bán kính vi hạt [40]. Như vậy, để có thể kéo duỗi phân tử ADN chúng ta có thể sử dụng aOM điều khiển DMP bẫy trong không gian 1D (dọc trục laser) cũng như 3D. Điều kiện để sử dụng phương pháp này là DMP bẫy phải nằm trong vùng bẫy của NOTW, cụ thể hơn phân tử ADN phải neo trong TR. Trong quá trình điều khiển TC bằng cách tinh chỉnh cường độ laser đỉnh thì khoảng cách giữa DMP neo và TC luôn luôn phải giữ sao cho ngắn hơn CL của phân tử ADN. Hơn nữa, sau khi lưu ý đến tất cả các đường đặc trưng vị trí-thời gian đã khảo sát ở trên, chúng ta thấy rằng thời gian kéo và vận tốc của DMP bẫy là khác nhau và phụ thuộc vào bộ các thông số đầu vào. Đồng thời cũng cho thấy, độ phân giải không gian và thời gian [67] khi khảo sát di chuyển của DMP bẫy, cũng như thay đổi chiều dài căng của phân tử ADN trên trục laser sẽ cao hơn trên trục hướng tâm. Cụ thể trong ví dụ đã khảo sát: vận tốc cực đại vào khoảng 5,3.10 -2 m/s (xem đường cong đen-đậm trên Hình 4.12) có thể giảm xuống 3,2. 10 -5 m/s (xem đường xanh dương trên Hình 4.10) khi sử dụng bộ tham số khác. 4.3. Lựa chọn NOTW phù hợp với phân tử ADN 4.3.1. NOTWsử dụng kéo căng phân tử ADN chủng lamda Từ mục 4.1 chúng ta đã kết luận, NOTW phù hợp cho việc điều khiển DMP dọc trục laser và từ mục 4.2 khẳng định với sự lựa chọn các tham số thiết kế phù hợp có thể keo căng phân tử ADN với độ căng khác nhau bằng cách thay đổi cường độ (hay công suất laser) và quá trình kéo căng chủ yếu xảy ra trên trục laser. Do đó, để thuận tiện cho ứng dụng NOTW kéo căng các chủng loại phân tử ADN khác nhau, chúng ta giả thiết ngay từ ban đầu DMP neo và DMP bẫy gắn với phân tử ADN được định vị trên trục laser. Với giả thiết này, mô hình NOTW cho phân tử ADN được mô tả đơn giản như Hình 4.15. 81 Hình 4.15 Cấu hình NOTW sử dụng kéo căng ADN. Với cường độ laser xác định ban đầu, hai DMP với phân tử ADN được định vị tại tọa độ z0 là tiêu cự của chùm laser với công suất ban đầu xác định. Khi giảm cường độ laser xuống một giá trị thấp hơn, tiêu cự laser sẽ dài hơn, khi đó TC dịch đến tọa độ ztc. Dưới tác động của LGOF, DMP bẫy sẽ dịch đến vị trí ztr, tại đó LGOF sẽ cân bằng với EF sinh ra do sự căng của phân tử ADN. Việc lựa chọn giá trị cường độ laser và khoảng thay đổi cường độ phù hợp với cấu trúc của NOTW sao cho khoảng cách ztc-z0 tương đương với CL của phân tử ADN là bài toán cần có câu trả lời. Vì rằng các chủng ADN khác nhau có CL khác nhau. Ví dụ: phân tử ADN chủng lambda (-phage) trong điều kiện ion 1,86mM Na + sẽ có và [23], trong khi đó, phân tử Bacteria Escherichia Coli (BEC) có [18]. Đối với phân tử ADN chủng lambda NOTW được thiết kế với các tham số sau: - Chùm laser có bước sóng , bán kính thắt chùm , cường độ laser ban đầu ; - Màng chất màu hữu cơ Acide Blue 29 có độ dày , hệ số chiết suất phi tuyến ; 82 - DMP Polystyrene có bán kính , chiết suất ; - Chất lưu là nước có chiết suất , độ nhớt ở nhiệt độ [100]. Hình 4.16 Đặc trưng vị trí- thời gian của ADN chủng lambda với các giá trị cường độ laser đỉnh khác nhau (tím), (xanh da trời), (xanh lá cây), (đen). Với các giá trị đã cho trên, tiêu cự của vi thấu kính phi tuyến là , nghĩa là vị trí ban đầu của các DMP sẽ là z0 =1000 m tính từ mặt ra của màng chất màu hữu có Hình 4.1. Sử dụng các giá trị trên vào các phương trình (4.3), (4.6)1, (4.7)1 và (4.8)1, khảo sát được đặc trưng thời gian-vị trí của DMP bẫy với các giá trị giảm dần khác nhau của cường độ laser. Các đặc trưng này được trình bày trong Hình 1.16. Bằng cách tinh chỉnh công suất laser sao cho cường độ laser giảm từ giá trị , khi đó tiêu cự NML sẽ dài hơn và kết quả là TC và DMP bẫy sẽ chuyển dịch xa hơn so với mặt ra của màng Acide Blue. Một đầu của phân tử ADN bị neo tại vị trí nên nó sẽ bị kéo căng. 83 Từ Hình 4.16 thấy rằng cường độ laser tăng lên mà tâm bẫy cùng vi hạt bẫy dịch chuyển đến một vị trí khác trên trục laser. Quá trình dịch chuyển cùng nhau này chỉ xảy ra khi mà độ căng (chiều dài) của phân tử ADN vẫn còn nhỏ hơn CL của phân tử ADN. Ví dụ, khi cường độ tinh chỉnh đến giá trị , độ căng của phân tử ADN chủng lambda khoảng là chiều dài tổng của nó. Nhưng trong trường hợp khi cường độ laser giảm xuống còn thì tâm bẫy dịch chuyển một quãng lớn hơn CL của phân tử ADN, do đó DMP bẫy dịch chuyển phía sau TC cho đến khi đạt được độ căng cực đại. Như vậy, để kéo căng phân tử ADN chủng lambda đến độ căng cực đại cần phải giảm cường độ laser một lượng . Đồng thời cần buồng chất lưu có chiều dày ít nhất phải lớn hơn trong khi khi thiết kế NOTW cho việc kéo căng phân tử ADN chủng lambda. Mặt khác, từ đường đặc trưng màu tím trên Hình 4.16, chúng ta có thể thấy, cấu trúc NOTW này cũng có thể áp dụng cho phân tử ADN chủng plasmid [110] với chiều dài tổng nếu lựa chọn tinh chỉnh cường độ laser trong khoảng . Khi đó độ căng của phân tử này sẽ thay đổi trong khoảng là giá trị khoảng đường dịch chuyển lớn nhất của tâm bẫy. 4.3.2. NOTW dùng để kéo căng phân tử BEC Từ Hình 4.16 để tiêu cự NML dài thêm cần phải giảm cường độ laser một lượng trung bình là . Do đó, để có thể kéo căng phân tử ADN có CL lớn hơn nhiều, ví dụ như BEC có [101] phải giảm cường độ một lượng . Giá trị này lớn hơn cường độ đỉnh ban đầu của chùm laser đã thiết kế trong NOTW áp dụng cho phân tử ADN chủng lambda và plasmid. 84 Như vậy, để có thể kéo căng phân tử ADN có CL lớn bắt buộc phải thay đổi thiết kế sao cho tiêu cự của NML phải dài hơn và mức thay đổi phải cùng bậc với CL của phân tử ADN. Từ công thức tính tiêu cự trong chương 2, để tăng tiêu cự vi thấu kính phi tuyến, có thể chọn một trong ba phương án sau: 1) tăng bán kính thắt chùm laser vào, 2) giảm chiều dày màng Acide Blue hoặc 3) giảm cường độ đỉnh laser. Sau đây tác giả chọn phương án 1) như là một giải pháp điển hình. Thay thế vi thấu kính trong cấu hình đã thiết kể để kéo căng các phân tử ADN chủng lambda trên bằng một ML khác có NA nhỏ hơn sao cho bán kính thắt chùm laser vào và cường độ đỉnh ban đầu giữ nguyên . Với các tham số đó, tiêu cự ban đầu của NML sẽ là . Khảo sát quá trình kéo căng BEC, tương tự như trường hợp đối với phân tử ADN, ban đầu chỉnh cho hai DMP gắn với BEC tại ví trí so với mặt đầu ra của màng Acide Blue. Quá trình kéo căng thực hiện bằng cách giảm công suất laser. Đường đặc trưng vị trí-thời gian của DMP polystyrene với phân tử BEC có chiều dài ổn định và chiều dài tổng được khảo sát với các tham số đã cho của NOTW trong Hình 4.17. Từ Hình 4.17 cho thấy TC dịch chuyển một khoảng ˂ 1,52 mm khi giảm cường độ laser từ 1,00.105 Wcm-2 xuống 0,93.10 5 Wcm -2. Điều này có nghĩa, phân tử BEC sẽ căng nhất với độ căng gần bằng CL của nó khi tinh chỉnh cường độ laser đến giá trị 0,93.105 Wcm-2. Đồng thời thấy rằng để kéo căng phân tử BEC buồng chất lưu phải có chiều dày ít nhất lớn hơn 22 mm. 85 Hình 4.17 Đặc trưng vị trí-thời gian của phân tử BEC với các giá trị cường độ laser đỉnh khác nhau: (tím), (xanh da trời), (xanh lá cây), (đen). 4.4. Kết luận Chƣơng 4 Dựa trên cơ sở của kỹ thuật điều khiển vi hạt trong không gian bằng LOTW và kéo dài phân tử ADN trong ngành lý sinh (biophysics) và cấu hình của NOTW, hai mô hình tính toán của NOTW đã được đề xuất. GLEs mô tả động lực học của vi hạt tự do và có liên kết ngoài trong môi trường chất lưu đã được dẫn với mục đích khảo sát quá trình điều khiển vi hạt aOM. Sử dụng FDM, một số đặc trưng như vị trí của DMP-thời gian kéo, sự cạnh tranh lực, vận tốc chuyển động, quỹ đạo của DMP trong không gian 3D đã được khảo sát bằng số với các thông số cấu hình khác nhau. Từ các đặc trưng động học của hai dạng DMP tự do và liên kết, có thể thấy rằng, khi sử dụng NOTW, quá trình điều khiển DMP nên ưu tiên cho chế độ 1D, trên trục chùm laser vì những ưu điểm sau: thời gian điều khiển DMP, cũng như thời gian cần để kéo căng phân tử 86 ADN trên trục chùm tia laser sẽ lớn hơn và do đó, tốc độ di chuyển của DMP bẫy sẽ nhỏ hơn. Trong ví dụ đã khảo sát, thời gian cần kéo căng phân tử ADN trên trục chùm tia laser dao động trong khoảng 150s  300ms, lớn hơn nhiều so với 80 s là thời gian cần để kéo căng phân tử ADN trên trục hướng tâm; Vận tốc di chuyển của DMP bẫy rất chậm, khoảng 3.10-5ms-1 trên trục hướng tâm và có thể giảm hơn trên trục chùm tia laser. Cũng tương tự, chiều dài căng nhất của phân tử ADN không bao giờ lớn hơn chiều dài tổng của nó. Những đặc tính riêng này sẽ khẳng định aOM cho quá trình điều khiển vi hạt trong không gian 1D, đặc biệt cho quá trình kéo căng phân tử ADN mà vẫn tránh được hiện tượng đứt chuỗi (release of chain), đồng thời cải thiện được độ phân giải thời gian và không gian. Dựa trên nguyên lý hoạt động của NOTW, hai cấu trúc khác nhau đã được đề xuất sử dụng cho việc kéo căng phân tử ADN và phân tử BEC có chiều dài tổng khác nhau hàng trăm lần. Kết quả khảo sát đặc trưng vị trí bẫy-thời gian bẫy đã cho thấy cần chọn chiều dày buồng chất lưu, khẩu độ số của vi thấu kính phù hợp với chiều dài tổng của các chủng loại khác nhau. Với các tham số phù hợp thực tiễn đã sử dụng cho khảo sát số có thể khẳng định với màng Acide Blue có độ dày d = 0,01 cm, n2 = 1.10 -7 cm 2 W -1 và cường độ đỉnh laser Io = 1,00.10 5 Wcm -2 tinh chỉnh một lượng khoảng 1.103 Wcm-2, thì NOTW có thể sử dụng kéo căng phân tử ADN và BEC khi thay đổi vi thấu kính tương ứng sao cho bán kính thắt chùm Win = 0,01 cm và Win = 0,045 cm, đồng thời chọn độ dày buồng chất lưu tương ứng là 1 mm và 22 mm. Tùy thuộc vào chiều dài tổng của các chủng ADN khác nhau, cấu hình NOTW có thể chọn phù hợp dựa vào tiêu cự của NML. Kết quả nghiên cứu được công bố trên các công trình khoa học [CT3], [CT4], [CT5], [CT6]. 87 KẾT LUẬN Trên cơ sở nguyên lý hoạt động của kìm quang học cũng như các phương pháp điều khiển vi hạt trong không gian đã nghiên cứu trong những năm gần đây, luận án đã tổng quan và phân tích một số ưu nhược điểm, từ đó đề xuất cấu hình kìm quang học phi tuyến sử dụng màng mỏng chất màu hữu cơ có tính phi tuyến bậc ba cao, trong đó thay thế một thấu kính có khẩu độ số cao bằng kết hợp giữa thấu kính khẩu độ thấp và một màng mỏng chất Acid blue đóng vai trò như một vi thấu kính phi tuyến. Vi thấu kính này không những đóng vai trò tăng thêm khẩu độ số cho kìm quang học mà còn thay đổi mềm tiêu cự cho mục đích điều khiển vi hạt. Bằng lý thuyết và tính toán số, luận văn đã khảo sát tính linh động của tiêu cự vi thấu kính phi tuyến, thay đổi trong vùng micro mét (cho các phân tử sinh học nhỏ) hoặc vùng mili mét (cho các phân tử sinh học lớn). Phân bố quang lực trong không gian ba chiều và hiệu suất bẫy trên cơ sở các thông số thực nghiệm cũng đã được khảo sát, chủ yếu khảo sát sự phụ thuộc của các đặc trưng bẫy như quang lực cực đại, vùng bẫy ổn định, hiệu suất bẫy vào cường độ đỉnh (công suất trung bình ) của chùm laser. Sử dụng hệ phương trình Langevin tổng quát, khảo sát các đặc trưng động lực học của vi hạt polystyrene tự do và gắn với phân tử ADN chủng lambda nhúng trong nước đặt trong kìm quang học phi tuyến đã đề xuất, khảo sát ảnh hưởng của cường độ laser đỉnh lên vị trí, thời gian bẫy, vận tốc di chuyển, quỹ đạo và dạng dao động của vi hạt trong không gian pha (,z) và dọc trục chùm laser. Kết quả nghiên cứu đã rút ra các tham số thiết kế của kìm quang học phù hợp cho việc kéo căng các phân tử ADN có độ dài tổng khác nhau (ADN chủng lamda và BEC). 88 Các kết quả nghiên cứu chính: 1. Mô hình kìm quang học phi tuyến với các tham số chính sau: Sử dụng chùm tia đầu vào có công suất trung bình thay đổi trong khoảng từ P = (1 ÷ 4) mW, bán kính thắt chùm Wo = 0,002 cm, chất màu Acid blue có hệ số chiết suất phi tuyến n2 = 10 -6 cm 2 /W và độ dày d = 0,01 cm có thể tạo ra kìm quang học phi tuyến bẫy vi hạt Polystyrene bán kính a = 500 nm, chiết suất np = 1,55 nhúng trong nước có chiết suất nfl = 1,34 với quang lực Ftotal,z 10 pN và có thể điều khiển dọc theo trục laser trong một khoảng 3.800 mm. 2. Với cấu hình kìm quang học phi tuyến đã đề xuất, hiệu suất bẫy dọc trục cũng như trên mặt tiết ngang của chùm laser sẽ tăng theo hàm mũ so kìm quang quang học tuyến tính khi công suất laser trung bình tăng lớn hơn 2,15 mW (các tham số của kìm quang học tuyến tính được xác định tương đương với trường hợp kìm quang học phi tuyến sử dụng laser với công suất 2,15 mW). 3. Sử dụng chùm laser đầu vào với bán kính thắt Wo = 0,002 cm, kìm quang học phi tuyến đã đề xuất với các tham số đã cho có thể áp dụng kéo căng phân tử ADN có chiều dài tổng trong vùng micro mét (thuộc chủng lamda) và khi chỉ cần mở rộng thắt chùm lên Wo = 0,045 cm thì kìm này có thể áp dụng kéo căng các phân tử lớn hơn với chiều dài tổng trong vùng mili mét (vi khuẩn B.Coli). Kết quả thu được và trình bày trong luận án bao gồm một số đóng góp khoa học và công nghệ mới. Những đóng góp mới của luận án: 1) Đề xuất mẫu kìm quang học phi tuyến điều khiển toàn quang trên cơ sở sử dụng màng mỏng chất màu hữu cơ có hệ số phi tuyến bậc ba cao để tạo ra một vi thấu kính phi tuyến, có tác dụng nâng cao khẩu độ số và giúp điều khiển được tâm kìm. Trên cơ sở mô hình cụ thể (màng Acid Blue 29, với chiết suất phi tuyến n2 = 1.10 -6 cm 2 /W; chiều dày màng d = 0,05 cm, bước sóng laser λ = 632 nm. Vi hạt điều khiển Polystyren có chiết suất nb = 1,55 và bán kính a = 0,5.10 -4 cm nhúng trong nước). 89 2) Điều khiển tiết diện hội tụ trong vùng vài chục micron và khoảng cách tiêu cự từ micron đến centimets để bẫy và giam giữ, điều khiển vi hạt điện môi trong không gian ba chiều. Giải pháp nâng cao hiệu suất bẫy so với kìm tuyến tính. Chỉ ra tính ưu việt của kìm quang học phi tuyến trong điều khiển vi hạt theo phương dọc trục chùm tia laser, sử dụng nguồn laser công suất thấp. Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án: Trong khuôn khổ luận án, tác giả chưa thể khảo sát một cách đầy đủ những đặc tính ưu việt cũng như những nhược điểm khi sử dụng kìm quang học phi tuyến cho quá trình điều khiển vi hạt tự do cũng như quá trình kéo căng phân tử ADN, cụ thể: 1) Cần khảo sát giới hạn công suất laser đối với quá trình kéo căng phân tử AND, đặc biệt khi kéo vi hạt bẫy về phía mặt ra của màng chất màu hữu cơ (tăng công suất laser để rút ngắn tiêu cự vi thấu kính), bởi vì hiện tượng đứt chuỗi (Broken down) có thể xảy ra. Kết quả nghiên cứu tối ưu kìm quang học phù hợp với các phân tử ADN nhằm tránh gãy đứt. 2) Nồng độ dung dịch chất màu hữu cơ khác nhau sẽ có hệ số chiết suất phi tuyến khác nhau, thậm chí hệ số âm, do đó, việc áp dụng các dung dịch này để xây dựng cấu hình đơn giản hơn sẽ là khả thi. 90 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ [CT1]. Ho Quang Quy, T. D.Thanh, D. Q. Tuan, N. M.Thang, Nonlinear optical tweezers for longitudinal control of dielectric particles, Optic Communication 421 (2018) 94-98. [CT2]. H. Q. Quy, D. Q. Tuan, T. D. Thanh, N. M. Thang, Enhance of optical trapping efficiency by nonlinear optical tweezers, Optic Communication 427 (2018) 341-347. [CT3]. D. Q. Tuan, N. T. T. Tam, H. T. Loan, N. T. Cam, Trajectories of free bead in 2D trapping region of nonlinear optical tweezers, Journal of Military Science and Technology, Special Issue, No.57A, November 2018, pp. 97 - 105. [CT4]. Ho Quang Quy, Doan Quoc Tuan, Tran Xuan Kien, Nonlinear optical tweezers for plasmid DNA molecules, IOP, Halong, 2018, p.196. [CT5]. Doan Quoc Tuan, Ho Quang Quy, Nguyen Thu Cam, Do Thanh Viet, Thai Doan Thanh, Nguyen Mạnh Thang, Suitable configuration of nonlinear optical tweezers for stretching of DNA molecules, IOP, Halong, 2018, p.37 [CT6]. Nguyen Manh Thang, Ho Quang Quy, Thai Doan Thanh, Doan Quoc Tuan, Do Thanh Viet, Doan Quoc Khoa, 3D control stretched length of lambda‑phage WLC DNA molecule by nonlinear optical tweezers, Optical and Quantum Electronics, 52,51(2020). 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Thanh Lâm, L. T. Q. Anh, D. A. Phương (2016), Chế tạo màng bảo vệ cảm biến cho laser beam profiler, Hội nghị KH Trường ĐHKHTN lần thứ 10. 2. Nguyễn Thanh Lâm (2018), Nghiên cứu tính chất quang phi tuyến bậc ba qua chiết suất phi tuyến, hệ số hấp thụ phi tuyến của một số thuốc nhuộm hữu cơ và ứng dụng, Luận án tiến sĩ, ĐH KHTN, ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh. 3. Hoàng Văn Nam (2015), Phân bố lực trong không gian của kìm quang học Kerr sử dụng chùm tia laser Gauss, Luận án tiến sĩ, Viện KH-CNQS. 4. Hồ Quang Quý (2005), Kìm Quang học, NXB Đại học Vinh. 5. Nguyễn Văn Thịnh (2017), Mảng kìm quang học biến điều quang-âm, Luận án tiến sĩ, ĐH Vinh. 6. Thái Đinh Trung (2017), Điều khiển độ căng của phân tử ADN trong dung môi phi tuyến bằng kìm quang học, Luận án tiến sĩ , ĐHVinh. Tiếng Anh 7. A. Ashkin (1970), Acceleration and trapping of particles by radiation pressure, Phys. Rev. Lett., 24, 156-159. 8. A. Ashkin et al (1986), Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles, AT&T Bell Laboratories, Holmdel, New Jersey 07733, March 4. 9. A. Ashkin (1992), Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectic sphere in the ray optics regime, Biophys. J.,24, 569-582. 10. A. Ashkin (1997), Optical trapping and manipulation of neutral particles using laser, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 94,4853-4860. 11. A. A. Ambardekar, Y. Q. Li (2005), Optical levitation and manipulation of stuck particles with pulsed optical tweers, Opt. Lett.,30, 1797-1799. 92 12. A. Isomura, N.Magome, M.I.Kohira, K.Yoshikawa (2006), Toward the stable optical trapping of a droplet with counter laser beams under microaravity, Chemical Physics Letters, 429,321-325. 13. A. Kumar De, D. Roy, B. saha, D. Goswami (2008), A simple method for constructing and calibrating an optical tweezer, Current Science, 95, 723-724.(13) 14. A. N. Grigorenko, N.R. Roberts, M.R. Dickinson, and Y. Zhang (2008), Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates, Nature Photonics 2 , 365-370. 15. Anita Devi, Sumit Yadav, Arijit K. De, Nonlinear optical trap: dielectrics, metals, and beyond, Proceedings Volume 11463, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XVII; 114632E (2020). 16. A. O'Neil and M. Padgett (2001), Axial and lateral trapping efficiency of Laguerre–Gaussian modes in inverted optical tweezers, Optics Communications 193 ,1-6. 17. A. Rohrbach (2005), Stiffness of Optical Traps: Quantitative Agreement between Experiment and Electromagnetic Theory, Phys. Rev. Lett. 95, 168102-1- 4. 18. Bakshi S., Siryaporn A., Goulian M., Weisshaar JC., Superresolution imaging of ribosomes and RNA polymerase in live Escherichia coli cells. Mol Microbiol., 85 (2012) 21-38. 19. Bernet S., Ritsch-Marte. M. Singer W. (2001), 3D-force calibration of optical tweezers for mechanical stimulation of surfactant-releasing lung cells, Laser Phys., 11, 1217-1223. 20. B. P. da Silva, V. A. Pinillos, D. S. Tasca, L. E. Oxman, and, A. Z. Khoury, Pattern Revivals from Fractional Gouy Phases in Structured Light, Phys. Rev. Lett. 124, 033902 (2020). 21. Bruno Suassuna, Bruno Melo, Thiago Guerreiro, Path integrals and nonlinear optical tweezers, Phys. Rev. A 103, 013110 (2021). 93 22. C. Cecconi, E. A. Shank, C. Bustamate, and S Marquee, Direct observation of the three-state folding of a single protein molecule, Science 309 (2005) 2057-60. 23. C. G. Bauman et al, “Stretching of single collapsed DNA molecule,” Biophys. J., 78 (2000) 1965-1978. 24. C. L. Zhao, L. G. Wang, X. H. Lu (2006), Radiation forces on a dielectric sphere produced by highly focused hollow Gaussian beams, Phys. Lett. A 363, 502-506. 25. C. L. Zhao, L. G. Wang (2007), Dynamic radiation force of a pulsed Gaussian beam acting on a Rayleigh dielectric sphere, Optical Society of America, 32, 1393-1395. 26. C. Neuman and S. M. Block (2004), Optical trapping, Rev. of Scient. Intruments, 75, 2787-2809. 27. C. Neuman and S. M. Block (2004), Optical trapping, Rev. of Scient. Instruments, 75, 2787-2809. 28. Couris, S., Renard, M., Faucher, O., Lavorel, B., Chaux, R., Koudoumas, E. and Michaut, X. (2003), An experimental investigation of the nonlinear refractive index (n2) of carbon disulfide and toluene by spectral shearing interferometry and z-scan techniques. Chemical Physics Letters 369 , 318-324. 29. D. Preece, R. Bowman, A. Linnenberger, G. Gibson, S. Serati and M. Padgett (2009), Increasing trap stiffness with position clamping in holographic optical tweezers, Opt. Express, 17, 22718-22724. 30. D. J. Armstrong, T. A. Nieminen, A. B. Stilgoe, A. V. Kashchuk, I. C. D. Lenton, and H. Rubinsztein-Dunlop, Swimming force and behavior of optically trapped micro-organisms, Optica 7, 989 (2020). 31. D. T. Thai, V. L. Chu and Q. Q. Ho, Recorrection Stretch Function of the Spring-Like Elastic DNA Molecules, Inter. J. of Engin. and Innov.Techn. (IJEIT), 3(9) (2014) 1-4. 94 32. E. Koushki, A. Farzaneh, S.H. Mousavi (2010), Closed aperture Z-scan technique using the Fresnel-Kirchhoff diffraction theory for materials with high nonlinear refractions, Appl Phys. B99, 565-570. 33. E. R. Dufresne and D. G. Grier (1998), Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optics, Rev. of Scient. Instruments, 69,1974-1977. 34. European Network of Excellence for Biophotonics (2014), Acousto- optical deflectors for optical tweezer arrays, Networking for Better Health Care, DB/All-items. 35. Fazal, F. M., Meng, C. A., Murakami, K., Kornberg, R. D. & Block, S. M., Real-time observation of the initiation of RNA polymerase II transcription, Nature 525, (2015) 274–7. 36. G. V. Soni, F. M. Hameed, T. Roopa and G. V. Shivashankar (2002), Development of an optical tweezer combined with micromanipulation for ANA and protein nanobioscience, Current Science, 83, 1464-1471. 37. H.A. Badran, Q.M.A. Hassan, A.Y. Al-Ahmad, C.A. Emshary (2011), Laser-induced optical nonlinearities in Orange G dye: polyacrylamide gel, Canadian J. of Physics, 89 , 1219-1224. 38. H.A. Badran, R.C. Abul-Hail, H.S. Shaker, Q.M. Hassan (2017), An all- optical switch and third-order optical nonlinearrity of 3,4- pyridinediamine, Appl. Physics B 123 , 31. 39. Honglian, Y.,Xincheng, Y., Zhaolin, L., Bingying, C., Xuehai, H.,Daozhong Z. (2013): Measurements of displacemant and trapping force on micro-sized particles in optical tweezer system. Science in China 45, 919- 925. 40. H. Q. Quy, M. V. Luu, Hoang Dinh Hai and Donan Zhuang (2010), The Simulation of the Stabilizing Process of Dielectric Nanoparticle in Optical Trap using Counter-propagating Pulsed Laser Beams, Chinese Optic Letters, 8(3),332-334. 95 41. H. Q. Quy, H. D. Hai (2012), The simulation of the stabilizing process of glass nanoparticle in optical tweezer using series of laser pulses, Commun. In Phys., 22, 175-181. 42. H. Q. Quy, H. V. Nam (2012), Influence of the Kerr effect on the optical force acting on the dielectric particle, J. Phys. Scien. Appl., 2 , 414-419. 43. H. Q. Quy, H. V. Nam, T. D. Trung, C. V. Lanh, C. T. Le (2012), Dynamics of nanopartcle in Kerr medium under optical tweezer, Adv. In Opt Spectr. & Appl. VII, ISSN 1859-4271, 794-799. 44. H. V. Nam, C. T. Le, H. Q. Quy (2013), The influence of the selffocusing effect on the the optical force acting on dielectric particle embedded in Kerr medium, Commun in Phys., 23, 155. 45. H. Q. Quy, H. D. Hai, M. V. Luu (2010), The Influence of Parameters on Stabe- time “Pillar” in Optical Tweezer using Counter-propagating Pulsed Laser Beams, Computational methods for Science and Technology, Special Isue (2), 61-66. 46. Howie Mende, Ph.D. (2000), Optical Trapping, manipulation, translation and spinning of micron sized gears using a vertical dual Laser diode system, Laurentian University, Ontario, Canada. 47. H. Q. Quy, T. B. Chu, M. V. Luu, and T. N. Truoi (2007), Influence of intracavity nonlinear efects on laser beam’s structure, Proc. Advances in Opt. Photon. Spect. & Appl., Can Tho, 361-366. 48. H.N. Motlagh, D. Toptygin, C.M. Kaiser, and V.J. Hilser (2016), Single- molecule-chemical spectroscopy provides structural idensity of folding intermediates, Biophys.J. 110,1280-1290. 49. H. Moradi, V. Shahabadi, E. Madadi, E. Karimi, and F. Hajizadeh, Efficient optical trapping with cylindrical vector beams, Opt. Express 27, 7266 (2019). 50. Hao, Y., Canavan, C., Susan, S. T., Rodrigo, A. M. (2017), Integrated method to attach DNA handlex and functionall select proteins to study 96 folding and protein-ligand interaction with optical tweezers, Scientific reports 7, 1-8. 51. I. Fuks, B. Derkowska, B. Sahraoui, S. Niziol, J. Sanetra, D. Bogdal and J. Pielichowski (2002), Third-order nonlinear optical susceptibility of polymers based on carbazole derivatives, J. Opt. Soc. Am. B 19 (1) 89-93 . 52. I. C. Khoo, S. T. Wu (1993), Optics and nonlinear optics of liquid crystals, World Scientific Publ. Co. Pte. Ltd. 53. Justin E.Molloy et al (2003), Preface: Optical tweezers in a new light, Journal of Modern Optics, 50(10), 1501-1507. 54. J. H. G. Huisstede (2006), Scanning probe optical tweezers: A new tool to study DNA-protein interactions, Printed by FEBODRUK BV, Enschede, ISBN 90- 365-2355-9. 55. J. K. Wahlstrand, Y. H. Cheng, H. M. Milchberg (2012), “Absolute measurement of the transient optical nonlinearity in N2, O2, N2O, and Ar” Phys. Rev. A 85, 043820. 56. Jiang, Y., Narushima, T. and Okamoto, H. (2010), Nonlinear optical effects in trapping nanoparticles with femtosecond pulses, NATURE PHYSICS 6, 1005- 1009.(51) 57. Kishan Dholakia et al (2002), Optical tweezers: The next generation, Physics World, 31-35. 58. K-B. Im, D-Y. Lee, H-I. Kim, C-H. Oh, S-H. Song and P-S. Kim, B-C. Park (2002), Calculation of optical trapping forces on microspheres in the ray optics regime, J. Korean Phys. Soc., 40, 930-933. 59. K. Yamakawa (2004), “ Table top lasers create ultrahigh peak powers,” Oyo-Butsuri, 73(2),186-193 (in Japanese). 60. Kim, H. K., Joo, I-J., Song, S_H., Kim, P-S., Im, K-B. and Oh, C-H. (2003), Dependence of the Optical Trapping Efficiency on the Ratio of the Beam Radius- to-the Aperture Radius, J. of the Korean Physical Society 43(3), 348-351. 97 61. Kotsifaki, D. G., Kandyla, M., and Lagoudakis, P.G. (2016), Plasmon enhanced optical tweezers with gold-coated black silicon. Sci. Rep. 6, 26275. 62. L. G. Wang, C. L. Zhao, L. Q. Wang, X. H. Lu, S. Y. Zhu (2007), “Effect of spatial coherence on radiation forces acting on a Rayleigh dielectric sphere,” Opt. Lett., 32, 1393-1395. 63. Marco F. Duarte, Mark A. Davenport, Dharmpal Takhar, Jason N. Laska, Ting Sun, Kevin F. Kelly, and Richard G. Baraniuk (2008), Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling, Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling, 85, March. 64. M. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Bock (1997), Stretching DNA with Optical Tweezers, Biophys. J.,72, 1335-1346. 65. M.B. Alsous, M.D. Zidan, A.Allahham (2014), Z-scan measurements of optical nonlinearity in Acid Blue 29 dye, Optik-International J. for Light and Electron Optics, 125 , 5160-5163. 66. M. D. Zidan, A.W.Allaf, Z. Aji, A. Allahham (2011), Investigation of the optical limitting properties of acid blue 29 in various solvents, Opt. Laser Technol., 43, 1347-1350. 67. M.H. Shabestari, A.E.C. Meijering, W.H. Roos. G.J.L. Wuite, and E.J.G. Peterman (2017), Recent advance in biological single-molecule applications of optical tweezers and fluorescence microscopy, Method in Enzymology, 582, 85-115. 68. M.M. Ara, S. Salmani, S. H. Mousavi, E. Koushki (2010), Investigation of nonlinear optical responses and observing diffrection rings in acid dye (Paten Green), Current Apl. Phys., 10 , 997-1001. 69. Mihaela G. M., S. Valkai, A. Dér,Tudor S. Mozzammel H. (2015), "Stretching of red blood cells using an electro-optics trap," Biomed Opt Express, 6(1), 118-123. 70. M.P. MacDonald, I. Peterson, W. Sibbett, and K. Dholakia (2002), 98 “Trapping and manipulation of low-index particles in a two-dimensional interferometric optical trap,” Opt. Lett., 26, 863-865. 71. M. S. Rocha (2009), Optical tweezer for undergraduates: Theoretical analysis and Experiments, Am. J. Phys., 77, 704-712. 72. Min, D., Arbing, M.A., Jefferson, R.E. & Bowie, J.U. (2016), A simple DNA handle attachment method for single molecule mechanical manipulation experiments, Protein Sci. 25, 1535-1544. 73. M. Mangeat, Y. Amarouchene, Y. Louyer, T. Guérin, and D. S. Dean, Role of nonconservative scattering forces and damping on Brownian particles in optical traps, Phys. Rev. E 99, 052107 (2019). 74. O. G. Bokov (1974), Theory of the nonlinear refractive index of liquids, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 67 , 1859-1869. 75. O. Moine and B. Stout (2005), Optical force calculations in arbitrary beams by use of the vector addition theorem, J. Opt. Soc. Am. B, 22, 1620-1631. 76. P. Zemanek, V. Karasek, A. Sasso (2004), Optical forces acting on Rayleigh particle placed into interference field, Optics Commun. 240, 401-415. 77. P. Mangeol, D. Cote, T. Bizebard, O. Legrand, and U. Bockelmann (2006), Probing DNA and RNA single molecules with a double optical tweezer, Eur. Phys.,E19, 311-317. 78. Quy Ho Quang, Thanh Thai Doan, Tuan Doan Quoc, Thang Nguyen Manh (2018), Nonlinear optical tweezers for longitudinal control of dielectric particles, Opt. Commun., 421, 94-98. 79. R. A. B. Suarez, L. A. Ambrosio, A. A. R. Neves, M. ZamboniRached, and M. R. R. Gesualdi, Experimental optical trapping with frozen waves, Opt. Lett. 45, 2514 (2020). 80. R. Bulushev (2017), Nanocapillaries combined with optical tweezers as a 99 single molecule technique for studying DNA-protein complexes, Doctor thesis, ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE, Suisse. 81. R. C. Wang, Y.Li, S. Shen, and S. Liu (2011), “Optical Tweezer Array System Based on 2D Photonic Crystals,” Physics Procedia 22, 493-497. 82. R. Krishnana, M. Ayyanarb, A. Kasinathana, P. Kumarb (2018), Birefringence, Photo luminous, Optical Limiting and Third Order Nonlinear Optical Properties of Glycinium Phosphite (GlP) Single Crystal: A potential Semi Organic Crystal for Laser and Photonics Applications, Materials Research, 21(2): e20170329. 83. R. M. Pettit, W. Ge, P. Kumar, D. R. Luntz-Martin, J. T. Schultz, L. P. Neukirch, M. Bhattacharya, and A. Nick Vamivakas, An optical tweezer phonon laser, Nat. Photon. 13, 402 (2019). 84. R. Pobre and C. Saloma (1997), Single Gaussian beam interaction with a Kerr microsphere: characteristics of the radiation force, Appl. Optics, 36, 3515-3520. 85. R. Pobre and C. Saloma (2002), Radiation force on a nonlinear microsphere by a tightly focused Gaussian beam, Appl. Optics, 41, 7694-7701. 86. R.R. Krishnamurthy, R. Alkondan (2010), Nonlinear characterization of Mercurochrome dye for potential application in optical limiting, Opt. Appl., XL, 187-196. 87. S. C. Kuo (1992), M. P. Sheetz, Optical tweezers in cell biology, Trends Cell Biol. 2, 16-24. 88. S. Hormeno and J. R. Arias-Gonzalez (2006), Exploring mechanochemical processes in the cell with optical tweezers, Biol. Cell, 98, 679-695. 89. S. Jeyaram, T.Geethakrishnan (2017), Third-order nonlinear optical properties of acid green 25 dye by Z-scan method, Optics & Laser Technology, 89 , 179-185.(81) 90. Shekaramiz M., Moon T.K., Gunther J.H. (2016), AMP-B-SBL: An 100 algorithm for clustered sparse signals using approximate message passing, Ubiquitous Comput Electron Mob Commun Conf (UEMCON) IEEE Annu. 2016 Oct; 2016: 10.1109/UEMCON.7777899. 91. Stigler, J., Ziegler, F., Gieseke, A., Gebhardt, J. C. M. & Rief, M. (2011), The complex folding network of single calmodulin molecules, Science 334 , 512–516. 92. Sun, B. & Wang, M. D. (2016), Single-molecule perspectives on helicase mechanisms and functions, Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 51 , 15–25. 93. Saleh, E.A.,Teich,M.C. (1991), Fundamentals of Photonics. A Wiley- Interscience Publication. 94. T. D. Trung, D. Q. Khoa, B. X. Kien, H. Q.Quy (2016), 3D controlling the bead linking to DNA molecule in a single-beam nonlinear optical tweezers, Opt Quant Electron., 48, 561. 95. T. D. Thanh, D. Q. Khoa, H. Q. Quy (2018), Acousto-optical tweezers for stretch of DNA molecule, Opt Quant Electron., 50 , 51. 96. Thai Dinh Trung, Bui Xuan Kien, Nguyen Thanh Tung, Ho Quang Quy (2016), Dynamics of polystyrene beads linking to DNA molecules under single optical tweezers: A numerical study using full normalized Langevin equation, J. of Nonlinear Optical Physics & Materials 25 (4), 1650054. 97. T. Tlusty, A. Meller, and R. Bar-Ziv (1998), Optical Gradient Forces of Strongly Localized fields, Phys. Rev. Lett.,81, 1738-1741. 98. T. Li (2013), Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped Microsphere, Chap. II: Physical principle of Optical Tweezers, Springer Theses, DOI:10.1007/978-I-4614-6031-2, 2, Springer Science+Business MediA New York. 99. Van Nam Hoang, Thanh Le Cao, Quang Quy Ho (2013), Influence of Kerr Effect on Tweezer Center Location in Nonlinear Medium, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), Vol. 3, No.3, pp.134-138. 101 100. Volpe, G., Volpe, G. (2013), Simulation of Brownian particle in an optical trap, Am. J. Phys., 81, 224-230. 101. William F. Heinz and Jan H. Hoh (1999), Spatially resolved force spectroscopy of biological surfaces using the atomic force microscope, TIBTECH 17, 145-150. 102. W. B. Fu, X. L. Wang, X. H. Zhang, S. Y. Ran, J. Yan ad M. Li, (2006), Compaction dynamics of single DNA molecules under tension, J. Am. Chem. Soc. 128 , 15040- 15041. 103. Wilkes, Z.W., Varma, S., Chen, Y.-H., Milchberg, H.M., Jones T.G. and Ting, A. (2009), Direct measurements of the nonlinear index of refraction of water at 815 and 407 nm using-shot supercontinuum spectral interferometry, Applied Physics letters 94 , 211102. 104. J. T. Zhang, Y. Yu, W. B. Cairncross, K. Wang, L. R. B. Picard, J. D. Hood, Y.- W. Lin, J. M. Hutson, and K.-K. Ni, Forming a Single Molecule by Magnetoassociation in an Optical Tweezer, Phys. Rev. Lett. 124, 253401 (2020). 105. J. Flajšmanová, M. Šiler, P. Jedlicka, F. Hrubý, O. Brzobohatý, R. Filip, and P. Zemánek, Using the transient trajectories of an optically levitated nanoparticle to characterize a stochastic duffing oscillator, Sci. Rep. 10, 14436 (2020). 106. Y. Amarouchene, M. Mangeat, B. V. Montes, L. Ondic, T. Guérin, D. S. Dean, and Y. Louyer, Nonequilibrium Dynamics Induced by Scattering Forces for Optically Trapped Nanoparticles in Strongly Inertial Regimes, Phys. Rev. Lett. 122, 183901 (2019). 107. Y. Tanaka, H. Kawada, S. Tsutsui, M. Ishikawa, H. Kitajima (2009), “Dynamic micro-bead arrays using optical tweezers combined with intelligent control techniques,” Opt. Express 17, 24102-24111. 108. Yuquan Zhang, Junfeng Shen, Junfeng Shen, Changjun Min, Yunfeng Jin, Yuqiang Jiang, Jun Liu, Siwei Zhu, Yunlong Sheng, Anatoly V. Zayats*, and Xiaocong Yuan, Nonlinearity-Induced Multiplexed Optical Trapping and 102 Manipulation with Femtosecond Vector Beams, Nano Lett. 18, 9, 5538– 5543(2018). 109. Y. Izawa, N. Miyanaga, J. Kawanaka, and K. Yamakawa (2008), High Power Lasers and Their New Applications, J. of the Optical Society of Korea, 12 ( 3), 178-185. 110. Y. Harada, T. Asakura (1996), Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scatting regime, Opt. Commun. 124, 529-541. 111. Y. Zheng, L.-M. Zhou, Y. Dong, C.-W. Qiu, X.-D. Chen, G.-C. Guo, and F.-W. Sun, Robust Optical-Levitation-Based Metrology of Nanoparticle’s Position and Mass, Phys. Rev. Lett. 124, 223603 (2020). 112. Y. Zhang (2017), Energetics, kinetics, and pathway of SNARE folding and assembly revealed by optical tweezers, Protein Sci., doi:10.1002/pro. 3116.(98). 113. Z. Henari, S. Cassidy (2012), Nonlinear optical properties and all optical switching of Congo red in solution, Optik 123 , 711-714.