Un equipo de investigación dirigido por el profesor YongKeun Park del Departamento de Física de KAIST ha desarrollado una técnica de manipulación óptica que puede controlar libremente la posición. orientación, y forma de muestras microscópicas que tienen formas complejas. El estudio ha sido publicado en línea en Comunicaciones de la naturaleza el 22 de mayo.

Técnicas convencionales de manipulación óptica llamadas "pinzas ópticas, "se han utilizado como una herramienta invaluable para ejercer una fuerza a microescala sobre partículas microscópicas y manipular posiciones tridimensionales (3-D) de partículas. Las pinzas ópticas emplean un láser de enfoque estrecho cuyo diámetro de haz es menor que un micrómetro (1 / 100 de espesor de cabello), que puede generar una fuerza de atracción sobre las partículas microscópicas vecinas que se mueven hacia el foco del haz. El control de las posiciones del foco del haz permitió a los investigadores sostener las partículas y moverlas libremente a otros lugares, por lo que acuñaron el nombre de "pinzas ópticas". "y han sido ampliamente utilizados en diversos campos de estudios físicos y biológicos.

Hasta aquí, La mayoría de los experimentos que utilizan pinzas ópticas se han realizado para atrapar partículas esféricas porque los principios físicos pueden predecir fácilmente las fuerzas ópticas y el movimiento de respuesta de las microesferas. Para atrapar objetos que tienen formas complicadas, sin embargo, las pinzas ópticas convencionales inducen un movimiento inestable de tales partículas, y la orientación controlable de tales objetos es limitada, que dificultan el control del movimiento tridimensional de objetos microscópicos que tienen formas complejas, como células vivas.

El equipo de investigación ha desarrollado una nueva técnica de manipulación óptica que puede atrapar objetos complejos de formas arbitrarias. Esta técnica mide primero las estructuras tridimensionales de un objeto en tiempo real utilizando un microscopio holográfico tridimensional, que comparte el mismo principio físico de las imágenes por TC de rayos X. Según la forma tridimensional medida del objeto, los investigadores calculan con precisión la forma de la luz que puede controlar de forma estable el objeto. Cuando la forma de la luz es la misma que la forma del objeto, la energía del objeto se minimiza, que proporciona la captura estable del objeto que tiene la forma complicada.

Es más, controlando la forma de la luz para que tenga varias posiciones, direcciones, y formas de objetos, es posible controlar libremente el movimiento tridimensional del objeto y hacer que el objeto tenga la forma deseada. Este proceso se asemeja a la generación de un molde para fundir una estatua que tiene la forma deseada, por lo que los investigadores acuñaron el nombre de la técnica actual "molde tomográfico para atrapamiento óptico (TOMOTRAP)". El equipo logró atrapar glóbulos rojos humanos individuales de manera estable, rotándolos con las orientaciones deseadas, doblándolos en forma de L, y ensamblar dos glóbulos rojos para formar una nueva estructura. Además, Las células de cáncer de colon que tienen una estructura compleja podrían quedar atrapadas de forma estable y rotar en las orientaciones deseadas. Todo lo cual ha sido difícil de realizar mediante las técnicas ópticas convencionales.

El profesor Park dijo:"Nuestra técnica tiene la ventaja de controlar el movimiento 3-D de objetos de formas complejas sin conocer información previa sobre su forma y características ópticas, y se puede aplicar en varios campos, incluida la física, óptica, nanotecnología, y ciencia médica ".

Dr. Kyoohyun Kim, el autor principal de este artículo, señaló que esta técnica puede inducir una deformación controlada de las células biológicas con las formas deseadas. "Este enfoque también se puede aplicar al monitoreo en tiempo real del pronóstico quirúrgico de cirugías a nivel celular para capturar y deformar células, así como orgánulos subcelulares, "agregó Kim.