Resumen de The measurement of light momentum shines the path towards the cell

A. Farré, Estela Martín Badosa, Mario Montes Usategui

• español

  Después de un intenso desarrollo de las pinzas ópticas como herramienta biofísica durante las últimas décadas, los experimentos cuantitativos en células vivas aún no ha encontrado en esta técnica su mejor aliado, debido, en parte, a la falta de un método estándar para medir fuerzas en entornos complejos. Las alternativas existentes o bien requieren complejas calibraciones in situ, lo cual puede hacer su uso imposible en el estudio de procesos dinámicos, o bien son poco exactos.

  Utilizando una aproximación completamente diferente a las opciones más extendidas, Steven Smith, en el laboratorio de Carlos Bustamante de la Universidad de Berkeley, desarrolló un método basado en la medida directa del cambio de momento del haz de atrapamiento que tiene el potencial para convertirse en el estándar de medida de fuerzas, no sólo en este tipo de experimentos sino también en general. Las medidas se realizan independientemente de las propiedades físicas de la muestra o del láser de atrapamiento y sólo dependen de algunos parámetros del diseño del instrumento. Así, el método no precisa de una calibración continuada y puede ser usado en un abanico más amplio de experimentos. Sin embargo, su difusión ha sido modesta, principalmente porque requiere de un sistema de atrapamiento óptico contra-propagante, que es difícil de implementar y combinar con otras técnicas. Aquí, mostramos como este método puede ser implementado en la configuración de atrapamiento más extendida, las pinzas ópticas, y cómo se relaciona con la conocida técnica de detección de posiciones, interferometría en el plano focal trasero. Finalmente, discutimos el potencial de este método para realizar experimentos dentro de células, y también con un propósito comercial, para hacer accesible el atrapamiento óptico a los no expertos.

• English

  After an intense development of optical tweezers as a biophysical tool during the last decades, quantitative experiments in living cells have not found in this technique its best ally, due, in part, to the lack of a standard method to measure forces in complex environments. The existent alternatives either require complicated in situ calibrations, which make their use impossible in the study of dynamic processes, or they lack accuracy. Using an approach completely different from the most extended options, Steven Smith at Carlos Bustamante¿s Lab at the University of Berkeley developed a method based on the direct measurement of the momentum change of the trapping beam, which has the potential to become the standard for measuring forces in all kind of experiments. Measurements are performed regardless of the physical properties of the sample or the trapping laser, and they only depend on some parameters of the instrument design. As a consequence, the method does not need a continuous calibration and can be used in a wider range of experiments. However, its diffusion has been modest mainly because it requires a counter-propagating optical trapping system, which is difficult to implement and combine with other techniques. Here, we show how this method can be implemented in the more extended trapping configuration, optical tweezers, and how this relates to the well-known position detection technique, back-focal-plane interferometry. We finally discuss the potential of this method to perform experiments inside cells and also for commercial purposes, to make optical trapping available to non-experts.