Los ingenieros de la Universidad de Duke han ideado un sistema para manipular partículas que se acercan al minúsculo diámetro de 2,5 nanómetros de ADN utilizando campos eléctricos inducidos por el sonido. Apodado "nanot pinzas acústicas electrónicas, "el enfoque proporciona una etiqueta Método dinámicamente controlable para mover y atrapar nanopartículas en un área grande. La tecnología es prometedora para aplicaciones en campos que van desde la física de la materia condensada hasta la biomedicina.

La investigación aparece en línea el 22 de junio en Comunicaciones de la naturaleza .

Controlar con precisión las nanopartículas es una habilidad crucial para muchas tecnologías emergentes. Por ejemplo, La separación de exosomas y otras moléculas biológicas diminutas de la sangre podría conducir a nuevos tipos de pruebas de diagnóstico para la detección temprana de tumores y enfermedades neurodegenerativas. Colocar nanopartículas diseñadas en un patrón específico antes de fijarlas en su lugar puede ayudar a crear nuevos tipos de materiales con propiedades altamente ajustables.

Durante más de una década, Tony Jun Huang, el Profesor Distinguido William Bevan de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales en Duke, ha buscado sistemas de pinzas acústicas que utilizan ondas sonoras para manipular partículas. Sin embargo, se vuelve difícil empujar las cosas con sonido cuando su perfil cae por debajo del de algunos de los virus más pequeños.

"Aunque seguimos utilizando fundamentalmente el sonido, Nuestras nanot pinzas acústicas electrónicas utilizan un mecanismo muy diferente al de estas tecnologías anteriores, "dijo Joseph Rufo, un estudiante de posgrado que trabaja en el laboratorio de Huang. "Ahora no solo estamos explotando las ondas acústicas, sino campos eléctricos con propiedades de ondas acústicas ".

En lugar de utilizar ondas sonoras para mover directamente las nanopartículas, Huang, Rufo y Peiran Zhang, un postdoctorado en el laboratorio de Huang, utilice ondas de sonido para crear campos eléctricos que proporcionen el empuje. El nuevo enfoque de pinzas acústicas electrónicas funciona colocando un sustrato piezoeléctrico, un material delgado que crea electricidad en respuesta a la tensión mecánica, debajo de una pequeña cámara llena de líquido. Cuatro transductores están alineados en los lados de la cámara, que envían ondas de sonido al sustrato piezoeléctrico.

Estas ondas de sonido rebotan e interactúan entre sí para crear un patrón estable. Y debido a que las ondas sonoras crean tensiones dentro del sustrato piezoeléctrico, también crean campos eléctricos. Estos se acoplan con las ondas acústicas de una manera que crea patrones de campo eléctrico dentro de la cámara de arriba.

"Las vibraciones de las ondas sonoras también hacen que el campo eléctrico alterne dinámicamente entre cargas positivas y negativas, ", dijo Zhang." Este campo eléctrico alterno polariza las nanopartículas en líquido, que sirve como asa para manipularlos ".

El resultado es un mecanismo que mezcla algunos de los puntos fuertes de otros manipuladores de nanopartículas. Debido a que las nanotinzas acústicas electrónicas inducen una respuesta electromagnética en los nanomateriales, las nanopartículas no necesitan ser conductoras por sí solas ni estar etiquetadas con ningún tipo de modificador. Y debido a que los patrones se crean con ondas sonoras, sus posiciones y propiedades se pueden modificar rápida y fácilmente para crear una variedad de opciones.

En el prototipo, los investigadores muestran nanopartículas colocadas en patrones de rayas y tablero de ajedrez. Incluso empujan partículas individuales de una manera arbitraria de forma dinámica, deletrear letras como D, U, K y E. Luego, los investigadores demuestran que estos nanopatrones alineados se pueden transferir a películas secas utilizando nanopartículas delicadas como nanotubos de carbono, Proteínas de 3,5 nanómetros y dextrano de 1,4 nanómetros de uso frecuente en la investigación biomédica. Y muestran que todo esto se puede lograr en un área de trabajo que es de decenas a cientos de veces más grande que las tecnologías actuales de nanotweezing de última generación.