Для чего нужна пинцет в биологии

Пинцет — незаменимый инструмент для медиков, химиков и других специалистов

Пинцет — инструмент для дистанционного удержания небольших предметов. Применяется в тех случаях, когда предметы слишком малы для пальцев, или когда использование рук нежелательно по тем или иным причинам. Этот инструмент — хоть и небольшое, но незаменимое оборудование для лаборатории, медицинского учреждения, при выполнении точных ручных операций в промышленности. Они широко используются в быту и косметологии, в филателии для аккуратного обращения с марками.

Несколько других сфер использования пинцетов:
— Необходимы для работы с прецизионными и аналитическими весами — при работе с мелкими объектами и гирями, так как выполняются из немагнитных материалов, которые не влияют на точность взвешивания.
— С помощью пинцетов в ряде случаев можно упростить манипуляции с опасными химическими веществами, а также с образцами, чистоту которых требуется обеспечить.

Особенности конструкции пинцета

Пинцет состоит из двух пластин-рычагов (браншей), которые соединены между собой на одном конце. Конец выполняет роль опоры рычагов. Пластины изготовлены из пружинящего материала, чаще всего металла: нержавеющей легированной стали, никеля, титана. Выпускаются также пластиковые пинцеты, но они не отличаются прочностью и долговечностью. Концы браншей бывают разной формы: прямыми, острыми, закругленными, изогнутыми особым образом. Пинцеты с разными браншами подбираются в зависимости от манипуляций, для которых инструмент разработан.

На внешней стороне браншей у пинцетов, как правило, расположены опорные рельефные пластины, которые позволяют надежно удерживать пинцет во время работы. Хотя выпускаются простые и дешевые пинцеты с гладкими поверхностями, для несложных операций.

Бранши пинцетов расходятся клиновидно, в виде буквы «V». При соединении концы должны плотно прилегать друг к другу. Для этого на внутренней стороне кончиков выполняют насечки или зубчики разного вида или же самим кончикам придают специальную форму. По тому, как концы пинцета сходятся, проверяют его качество. При соединении зубчики или насечки должны плотно входить во впадины противоположной стороны. Надежность захвата пинцетом проверяют по сжатию тонких резиновых трубок или по отпечатку, который остается на бумаге после захвата. Хороший пинцет не должен при захвате иметь перекос.

Использование пинцетов в медицине

Очень широко используются пинцеты в медицине. Для различных манипуляций выпускаются данные инструменты разного вида, но самыми популярными являются пинцеты анатомические общего назначения. Главная его отличительная особенность — неглубокие поперечные насечки на внутренней поверхности кончиков рабочих пластин. Бранши достаточно пластичны и хорошо пружинят для того, чтобы гарантировать прочный захват. Пинцеты этого вида востребованы в медицине для бережных манипуляций с нежными человеческими тканями (крупные сосуды, ткани ЖКТ). В тоже время анатомический пинцет не подходит для работы с грубыми тканями, которые требуют более прочного захвата. Еще одна сфера применения — перевязки, наложение и снятие швов.

Анатомический пинцет отлично подходит для лабораторных и бытовых нужд. Его кончики закруглены и травмобезопасны. Внешняя сторона пластин имеет рифления для надежного захвата. Сам пинцет изготавливается из прочных немагнитных материалов (нержавейка, никелиевые сплавы, титан), которые обеспечивают инструменту прочность, устойчивость к царапинам, долговечность, возможность многократной стерилизации химическими способами или термообработкой.

Медицинское и лабораторное оборудование, в том числе различные пинцеты, в интернет-магазине «ПраймКемикалсГрупп» купить можно по хорошей цене, заказав товар с доставкой или с самовывозом из Мытищ.

Источник

Пинцет. Виды и работа. Применение и особенности

Пинцет – это компактный ручной инструмент, предназначенный для подбирания мелких предметов, которые невозможно или опасно брать пальцами. Он состоит из двух соединенных вместе с одной стороны рычагов, свободные концы которых при нажатии прикладываются друг к другу. Инструмент используется как клещи, способные эффективно захватывать миниатюрные предметы, удерживая их с большим усилием, не позволяя выпасть.

Где используется пинцет

Инструмент нашел широкое применение в различных сферах бытовой жизни, а также является неотъемлемой частью профессионального оснащения.

Пинцетами пользуются:

С помощью пинцета можно выполнять мелкую работу, подбирая миниатюрные предметы, которые захватить пальцами просто невозможно. Инструмент применяется повсеместно, поэтому существует масса его разновидностей, адаптированных под выполнение той или иной задачи.

В целом пинцеты можно разделить на следующие виды:

Косметические

Инструмент используется для выполнения различных косметических процедур. Такие пинцеты можно разделить на две группы – для бровей и наращивания ресниц. Инструмент для бровей применяется для коррекции их формы. С его помощью вырываются лишние волоски. Пинцеты для ресниц используются для их наращивания искусственными волосками.

Для выщипывания бровей

Для ухода за бровями могут использоваться различные типы пинцетов, среди которых особой популярностью пользуются:

Прямой пинцет

Имеет ровные края средней ширины. Он наиболее универсальный. Помимо выщипывания бровей его можно применять для выполнения других работ. Благодаря широкому захвату, он за раз фиксирует несколько волосков, что позволяет проводить быструю коррекцию. Обычно его используют как грубый инструмент для придания формы, после чего применяются более утонченные щипцы.

Заостренные

Захватывают за раз всего один волосок. Благодаря этому при их использованию создается меньше болевых ощущений. Это тонкий инструмент, позволяющий проводить более точную коррекцию. Острые края дают возможность захватывать очень короткие волоски. При использовании данного инструмента необходимо учитывать, что его рабочая часть острая, поэтому может поцарапать или уколоть кожу.

Со скошенными краями

Предназначены для периодической коррекции уже ранее созданной формы бровей. Такая форма дает возможность работать самому без необходимости обращаться в салон красоты. Инструмент имеет довольно широкий захват, поэтому одновременно может выдергивать по несколько волосков.

Автоматические

Имеют более сложную конструкцию. Особенность данного инструмента в том, что при нажатии он сам выщипывает волосок, делая это очень быстро, что минимизирует болевые ощущения. Им довольно сложно пользоваться, что вызвано большим весом, чем обычно у пинцета, а также необходимостью прикладывать усилия для срабатывания автоматического механизма выщипывания.

С подсветкой

Они имеют миниатюрный фонарик со светодиодом, который освещает рабочую часть щипцов. Это улучшает обзор и исключает выщипывание волосков вслепую. Такой инструмент оснащается батарейками. Он подходит для домашнего использования, и малопригоден для мастеров по выщипыванию бровей, что обусловлено большим весом.

Для наращивания ресниц

Не так давно появились пинцеты для проведения наращивания искусственных волосков на ресницы. Это очень утонченный инструмент, позволяющий аккуратно забирать искусственные волоски из планшета, окунать их кончик в клей и приклеивать к векам. Такой пинцет имеет тонкие края, что обеспечивает высокую точность работы.

Данный инструмент бывает нескольких видов:

Прямые пинцеты идеально подходят для мастеров, которые предпочитают выполняя наращивание ресниц удерживать руку прямо. Они не закрывают обзор, поэтому сверху обеспечивается хороший осмотр рабочей области.

L-образные также являются довольно универсальными. Они обычно используются для коррекции наращенных ресниц, когда нужно приклеить несколько волосинок в замен выпавшим. Инструмент с углом 45, 65 и 90 градусов применяются для удобного захвата отдельных волосков и их выделения. С их помощью можно проводить ламинирование ресниц. Разница в угле обеспечивает индивидуальные удобства для мастера. Г-образные пинцеты удобные при выполнении определенных техник наращивания.

Медицинские

Инструмент является самым высококачественным из всех разновидностей. Это обусловлено тем, что он выполняется из особой медицинской стали, которая не подвержена коррозии, а кроме того не вступает в химическую реакцию с агрессивными веществами. Медицинскими пинцетами пользуются хирурги при выполнении операций, их применяют офтальмологи, извлекая попавшие в глаза соринки и мелкие осколки, которые не выходят естественным образом. Также такой инструмент используют отоларингологи при лечении заболевания ушей, а также извлечения из них посторонних предметов или насекомых. Пинцет используется и для удаления клещей из тела.

Хирургические

В хирургии применяется несколько разновидностей пинцетов, которые отличаются между собой по размеру, а также различным особенностям. С их помощью осуществляется фиксация мягких тканей при выполнении операций, берется игла с нитками для зашивания, извлекаются ватные тампоны и т.д.

Чаще всего в хирургии используют всего 4 вида пинцетов:

Анатомический пинцет

Применяется для захвата мягких тканей. Его концы имеют рельефную насечку, что обеспечивает равномерное распределение давления по всему периметру. Таким инструментом пользуются при выполнении хирургических операций, когда нужно удерживать нежные ткани. Зачастую анатомическими пинцетами пользуются и другие медицинские специалисты.

С зубчиками

Имеет на кончиках выступающие острия, которые при захвате тканей врезаются в них, обеспечивая улучшенную фиксацию. Применение такого пинцета подразумевает травмирование областей, которые тот захватывает. Обычно его используют для подтягивания кожи и других жестких тканей.

Лапчатые

Имеют на концах расширения, напоминающие по форме ложки. Инструменты используются для захвата крупных чувствительных тканей, которые не желательно травмировать. Также с их помощью можно фиксировать мелкие опухоли перед их удалением.

Микрохирургические

Предназначены для захвата мелких сосудов. Они имеют более тонкие края на протяжении всей длины, что обеспечивает доступ в труднодоступные места. Данный инструмент сделан весьма точно из очень прочной стали, которая даже при минимальной толщине тела имеет высокую устойчивость к изгибу.

Ушные

Таким инструментом пользуются отоларингологи. Он имеет характерный загиб, обеспечивающий более удобный доступ к ушной раковине. Существует масса типов таких пинцетов. Их характерной чертой является удлиненная форма с тонкими краями, что позволяет обеспечивать доступ в узкий ушной канал. Длина инструмента обычно составляет от 14 см и выше.

Филателистские

Любители коллекционировать марки также пользуются пинцетом. Для них разработан специальный инструмент, концы которого представляют собой широкую лопатку. Это позволяет фиксировать марку максимально безопасно распределения давления по большой поверхности, что исключает внешние повреждения. Такой инструмент можно встретить не только в металлическом исполнении, но даже и из пластика. Что касается пластиковых пинцетов, то они быстро ломаются, а марки из них выскальзывают.

Рабочие пинцеты

Мастера, которые занимаются ремонтом часов, мобильных телефонов, а также другого оборудования с мелкими элементами также используют пинцет. Его можно встретить в арсенале ювелиров и у специалистов многих других профессий. Данный инструмент зачастую представляет собой что-то среднее между щипцами для бровей и анатомическим пинцетом. У него довольно широкий захват, чего более чем достаточно, поскольку в данном случае отсутствует необходимость поднимать микрообъекты.

Существуют также радиотехнические пинцеты, обладающее специальным зажимом, что позволяет после захвата детали не сжимать инструмент для удержания. Обычно им пользуются в случае необходимости проведения пайки. Инструмент применяется в качестве мелких тисков. Это очень удобно, поскольку не нужно удерживать пинцет в руке. Зафиксировав зажим, его можно положить на стол, полностью сосредоточившись на нанесении припоя.

Зачастую рабочие пинцеты делают не из нержавейки, а обыкновенного железа покрытого краской или хромом. В связи с этим со временем инструмент портится, поэтому не отличается долговечностью. Конечно, бывают и исключения. В отличие от пинцетов медицинского назначения у рабочих часто наблюдается недостаточное качество подгонки, в результате чего концы сходятся не до конца, что не позволяет захватывать миниатюрные объекты. При износе такой инструмент можно затачивать, используя мелкозернистый камень, напильник или наждачную бумагу.

Источник

Лазерные пинцеты

Опти́ческий пинце́т (англ. Optical tweezers ), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка» — научный прибор, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света (обычно испускаемого лазерным диодом). Он позволяет прикладывать к диэлектрическим объектам силы от фемтоньютонов до наноньютонов и измерять расстояния от нескольких нанометров до микронов. В последние годы оптические пинцеты начали использовать в биофизике для изучения структуры и принципа работы белков.

Содержание

История

Ещё в XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер, исходя из наблюдений за хвостами комет при приближении к Солнцу, предположил, что свет может оказывать давление на вещество. Хотя позже оказалось, что это не единственный механизм этого отклонения, идея Кеплера оказалась плодотворной для развития астрономии. Например, было показано, что световое (радиационное давление) — один из самых главных механизмов, которые отвечают за динамику частиц в межзвёздном пространстве.

Через два столетия после исследований Кеплера Джеймс Максвелл рассчитал значение светового давления с помощью своей теории электромагнитных явлений. Этот эффект был экспериментально измерен в 1910 году российским физиком Петром Лебедевым, который продемонстрировал, что свет оказывает давление на тела.

В 1980-х годах Стивен Блок (англ. Steven Block ) и Говард Берг (англ. Howard Berg ) впервые применили технологию оптического пинцета в биологии, используя её, чтобы удержать бактерию с целью изучения бактериальных жгутиков. Уже в 1990-х годах исследователи, такие как Карлос Бустаманте (англ. Carlos Bustamante ), Джеймс Спудич (англ. James Spudich ) и Стивен Блок применили принцип оптической силовой спектроскопии, чтобы характеризовать биологические двигатели молекулярного масштаба. Эти молекулярные моторы встречаются повсеместно в биологии, и отвечают за передвижение клеток, изменение их формы и за транспорт в пределах клетки. Оптические ловушки позволили этим биофизикам наблюдать силы и динамику молекулярных моторов на примере одной молекулы. Оптическая силовая спектроскопия позволила лучше понять стохастическую (случайную) природу этих вырабатывающих энергию молекул.

Физические принципы

Более детальный анализ основан на двух механизмах, предложенных Ашкином, в зависимости от размера частицы. В теории рассеяния света известно, что механизм рассеяния света частицей зависит от соотношения размеров частицы и длины световой волны. Если размер рассеивающих частиц намного меньше, чем длина волны света, то имеет место рэлеевское рассеяние. Когда свет рассеивается на частицах (пыль, дым, водные капельки), которые имеют размер больше, чем длина волны, это рассеяние Ми (по имени немецкого физика Густава Ми). Рассеяние Ми отвечает за белый и серый цвет облаков.

Придерживаясь той же идеи, Ашкин предложил, что для математического анализа оптического микроманипулирования можно использовать два разных метода, а именно, подходом волновой оптики для миевских частиц (когда диаметр частицы больше длины волны света d > λ) и в приближении электрического диполя для релеевских частиц (d Волновая оптика

При анализе с использованием волновой оптики, рассмотрение процессов преломления и отражения света от микросферы достаточно, чтобы проанализировать втягивание в оптическую ловушку (см. рисунок справа).

Самый простой расчёт действующих сил в пределах подхода волновой оптики основывается на геометрической оптике. Рассмотрение луча указывает на изменение импульса света при отражении и преломлении. Таким образом, это изменение импульса (фотона как частицы), согласно второму закону Ньютона, будет приводить к возникновению силы.

Используя простую диаграмму лучей и вектора силы, можно показать, что на микросферу действуют две разных оптических силы благодаря инерции падающего и преломлённого света. Как это видно из диаграммы, результирующая сила толкает сферу в направлении области наивысшей интенсивности луча. Такая сила называется градиентной силой.

Ашкин в своём первом эксперименте [1] использовал милливатный гауссовский пучок одномодового (TEM₀₀) аргонового лазера с длиной волны 514,5 нм сфокусированного в пятно диаметром w₀=6,2 микрона. Он двигал с помощью этого пучка латексные сферы диаметром 0,51; 1,31 и 2,68 микрона в воде и воздухе. Для сфер радиуса r=1,31 микрона помещённых в воду и мощности лазера P=19 мВт скорость сфер достигала 26 мкм/с. А из оценки по формуле

где q — доля света эффективно отражённого от сферы (0,062), c — скорость света, η — динамическая вязкость жидкости (1 мПа·с для воды) получилось 29 μм/с. А соответствующая сила действующая на частицу получается из закона Стокса

и составляет 730 фН.

Чтобы исследуемый объект был неподвижен, необходимо скомпенсировать силу вызванную давлением света. Это можно сделать за счёт двух встречных пучков света, которые толкают сферу в противоположных направлениях, или с помощью сильно сфокусированного гауссового пучка (с высокой числовой апертурой, NA>1,0), чтобы компенсировать давление света высокой градиентной силой.

С другой стороны, в релеевском режиме, частицы не ограничены по форме. Вообще, для наименьших частиц нужна наименьшая сила притягивания. В большинстве случаев, для объяснения рабочего механизма лазерного пинцета для любой формы частиц используют модель приведённого диполя. Электромагнитное излучение будет индуцировать дипольный момент, или поляризацию, в диалектической частице. Сила взаимодействия этого диполя со светом приводит к градиентной силе притягивания.

Приближение электрического диполя

В случаях, когда диаметр пойманной в ловушку частицы значительно меньше, чем длина волны света, условия удовлетворяют условию рассеивания Рэлея, и частицу можно рассмотреть как точечный диполь в неоднородном электромагнитном поле. Сила, действующая на заряжённую частицу в электромагнитной области, известна как сила Лоренца,

Сила действующая на диполь вычисляется по сумме сил действующих на отдельные заряды .

Из-за малости расстояния между зарядами в диполе можно разложить электрическое поле вблизи первого заряда.

Заметьте, что сокращается. Расрываем скобки и заменяем произведение заряда, q на расстояние , поляризацией диполя получим

где во втором равенстве предположено, что поляризация частицы является линейной функцией электрического поля (то есть ).

Теперь если использовать два дополнительных уравнения: уравнение из векторного анализа и одно из уравнений Максвелла:

Второе слагаемое в последнем равенстве — производная по времени величины, которая связана через постоянный множитель с вектором Пойнтинга, который описывает мощность излучения проходящего через единичную площадку. Предполагая, что мощность лазера не зависит от времени, производная этого слагаемого — ноль, и сила запишется в виде [9]

Квадрат величины электрического поля равен интенсивности луча как функция координат. Поэтому, результат указывает, что сила действующая на диэлектрическую частицу, при приближении точечного диполя, является пропорциональной градиенту интенсивности пучка. Другими словами, описанная здесь сила приводит к притяжению частицы в область с самой высокой интенсивностью. В действительности, сила, возникающая при рассеянии света зависит линейно от интенсивности луча, поперечного сечения частицы и показателя преломления среды, в которой находится ловушка (например, вода), работает против градиентной силы в осевом направлении ловушки, приводя к тому, что равновесное положение смещается немного вниз от положения максимума интенсивности.

Лазерный пинцет, основанный на альтернативных режимах работы лазера

Мультиплексные лазерные пинцеты

Лазерные пинцеты, основанные на оптических волокнах

В этом типе устройств лазерное излучение подаётся через оптическое волокно. Если один конец оптического волокна формирует поверхность, похожую по свойствам на линзу, это позволит сфокусировать свет в оптической ловушке с большой числовой апертурой. [18]

Оптические пинцеты в сортировке клеток

Одна из наиболее распространённых систем сортировки клеток использует метод флуоресцентной проточной цитометрии. В этом методе суспензия биологических клеток сортируется в несколько контейнеров согласно флюоресцентным характеристиках каждой клетки в потоке. Процесс сортировки контролируется электростатической системой отклонения, которая направляет клетку к определённому контейнеру изменением напряжения приложенного электрического поля.

Главный механизм сортировки — расположение узлов оптической решётки. Когда поток клеток проходит через оптические решётки, силы трения частиц непосредственно конкурируют с оптической градиентной силой от соседнего узла оптической решётки. Изменяя расположение узлов, возможно создать оптическую дорожку, по который будут двигаться клетки. Но такая дорожка будет эффективной только для клеток с определённым коэффициентом преломления, которые и будут эффективно отклоняться. Регулируя скорость потока клеток и мощность света возможно получить хорошую оптическую сортировку клеток.

Лазерные пинцеты, основанные на затухающих полях

Непрямой подход к оптическим пинцетам

Мин Ву, профессор факультета Радиотехники и информатики в Калифорнийском университете создал новый оптоэлектронный пинцет. Ву превратил оптическую энергию от маломощных светоизлучающих диодов в электрическую энергию через фотопроводящую поверхность. Идея — позволить диоду включать фотопроводящий материал в его проекции. Поскольку оптический шаблон легко поддаётся превращению через оптическое проектирование, этот метод имеет высокую гибкость включения разных оптических ландшафтов.

Процесс манипуляции выполняется изменением электрического поля, которое включается световым шаблоном. Частицы будут или притягиваться или отталкиваться от возбуждённого узла в зависимости от своего электрического заряда. Частицы, зависшие в жидкости, будут чувствительны к электрическому заряду благодаря ионам в жидкости, процесс, известный как диэлектрофорез.

Одно из применений этого метода — сортировка живых и мёртвых клеток. Сортировка основывается на том, что живые клетки наполнены электролитом, а мёртвые — нет, и они могут быть легко разделены. Эта система позволяет манипулировать 10000 клетками или частицами одновременно. [30]

Оптическое связывание

Измерение оптических сил

Источник