Las pinzas ópticas utilizan un haz láser altamente enfocado para atrapar y manipular partículas dieléctricas en tres dimensiones. La técnica explota la fuerza de gradiente que atrae las partículas hacia el punto focal del haz, equilibrada contra las fuerzas de dispersión que empujan las partículas a lo largo del eje del haz. La trampa óptica resultante puede sostener partículas que van desde decenas de nanómetros hasta decenas de micrómetros con fuerzas de hasta cientos de piconewtons.
Las fuerzas se miden detectando el desplazamiento de la partícula atrapada desde el centro de la trampa utilizando interferometría de plano focal posterior. Un detector sensible a la posición registra la deflexión del láser de atrapamiento o un haz de sonda separado. La rigidez de la trampa se calibra analizando el espectro de potencia del movimiento browniano o aplicando fuerzas de arrastre viscoso conocidas. La sensibilidad de desplazamiento alcanza 0.1 nm y la sensibilidad de fuerza alcanza 0.1 pN.
Las pinzas ópticas se utilizan para estudiar motores moleculares como cinesina, miosina y dineína, que generan fuerzas de piconewtons mientras se mueven a lo largo de filamentos citoesqueléticos. Al unir una proteína motora a una perla atrapada y medir su movimiento de pasos, los investigadores determinan el tamaño del paso, la generación de fuerza y la eficiencia de acoplamiento de ATP.
En estudios de plegamiento de proteínas y ácidos nucleicos, las pinzas ópticas aplican tensión a moléculas individuales. La curva fuerza-extensión reporta la estabilidad mecánica de dominios plegados, intermediarios de desplegamiento y vías de plegamiento. La transcripción de ARN polimerasa, la traducción de ribosomas y el desenrollamiento de ADN helicasa se estudian aplicando fuerza al sustrato de ácido nucleico.
Las pinzas ópticas de doble trampa (configuración de pesa) utilizan dos trampas para sostener los extremos de una molécula individual, eliminando los artefactos de unión a superficie. Las etapas con control de temperatura y la administración de muestras microfluídica permiten el intercambio rápido de tampón y condiciones bioquímicas controladas.
