Un nuevo artículo publicado en Opto-Electronic Science revisa los fundamentos y aplicaciones de las nanopartículas ópticas atrapadas ópticamente. Las nanopartículas ópticas son uno de los elementos clave de la fotónica. No sólo permiten obtener imágenes ópticas de una gran cantidad de sistemas (desde células hasta microelectrónica), sino que también se comportan como sensores remotos altamente sensibles.
Recientemente se ha demostrado el éxito de las pinzas ópticas a la hora de aislar y manipular nanopartículas ópticas individuales. Esto ha abierto la puerta al escaneo y la detección de partículas individuales de alta resolución.
En este artículo se resumen los resultados más relevantes en los campos de rápido crecimiento de la captura óptica de nanopartículas ópticas individuales. Según los diferentes materiales y sus propiedades ópticas, las nanopartículas ópticas se clasifican en cinco familias:nanopartículas plasmónicas, nanopartículas dopadas con lantánidos, nanopartículas poliméricas, nanopartículas semiconductoras y nanodiamantes. Para cada caso se han descrito los principales avances y aplicaciones.
Las nanopartículas plasmónicas tienen una mayor polarización y una alta eficiencia de conversión de luz en calor, lo que requiere una selección crítica de la longitud de onda de captura para ellas. Las aplicaciones típicas basadas en las propiedades de luminiscencia de las nanopartículas plasmónicas atrapadas ópticamente son el estudio de la interacción partícula-partícula y la detección de temperatura. Esta investigación se logra analizando la radiación absorbida, dispersada o emitida por nanopartículas.
Las nanopartículas dopadas con lantánidos tienen bandas de emisión estrechas, vidas de fluorescencia prolongadas e intensidad de emisión sensible a la temperatura. Esta revisión resume la detección de temperatura celular informada lograda por nanopartículas individuales dopadas con lantánidos atrapadas ópticamente. Las propiedades estructurales de la gran cantidad de nanopartículas dopadas con lantánidos permiten que estas partículas giren. Para una potencia láser fija, la velocidad de rotación depende de la viscosidad del medio. Los estudios han demostrado que esta propiedad se puede utilizar para medir la viscosidad intracelular. Además, la funcionalización adecuada de la superficie de las nanopartículas dopadas con lantánidos permite su uso en la detección química.
La incorporación de tintes a las nanopartículas poliméricas las hace luminiscentes y fáciles de rastrear dentro de la trampa óptica. Esta revisión resume la investigación de la dinámica de nanopartículas individuales y las caracterizaciones de muestras biológicas mediante la explotación de la capacidad de rastrear la luminiscencia de partículas. No solo facilita una comprensión más profunda de la interacción óptica y mecánica entre el láser atrapado y las partículas ópticas, sino que también señala el gran potencial de combinar el atrapamiento óptico con la fluorescencia o la microscopía de barrido.
Las nanopartículas semiconductoras han ganado recientemente gran atención gracias a sus propiedades especiales de fotoluminiscencia, como emisión sintonizable, menor susceptibilidad al fotoblanqueo, altos rendimientos cuánticos y estabilidad química. En esta revisión, los autores resumen la investigación sobre el uso de pinzas ópticas para estudiar y mejorar las propiedades de luminiscencia de nanopartículas semiconductoras individuales. También resumen la investigación sobre el uso de partículas semiconductoras como fuentes de excitación localizadas para imágenes celulares.
La fluorescencia de los nanodiamantes es causada por defectos puntuales en la estructura del diamante, conocidos como centros de color. La investigación bibliográfica revela el número limitado de informes sobre la captura óptica de nanodiamantes. El primer informe sobre el tema reveló que un solo nanodiamante puede usarse como sensor de campo magnético. Más tarde, también se demostró que un nanodiamante atrapado ópticamente funciona como termómetro celular.
Este artículo de revisión también revela cómo la combinación de captura óptica y nanopartículas ópticas coloidales se puede utilizar para diversas aplicaciones. A pesar del gran potencial de las pinzas ópticas para estudios de nanopartículas individuales, este campo está todavía en sus inicios. La mayoría de los trabajos se centran en aplicaciones más que en llenar los vacíos de conocimiento. Aún quedan algunos problemas abiertos.
La revisión resume los desafíos que enfrenta la captura óptica de nanopartículas, incluida la falta de una fórmula precisa que describa las fuerzas ópticas, la resolución espacial incierta, la posible presencia de sesgo de detección, etc. Se espera que esta revisión promueva el enriquecimiento y el desarrollo continuos. de investigación sobre principios, técnicas, equipos y aplicaciones en este campo.
Más información: Fengchan Zhang et al, Trampa óptica de nanopartículas ópticas:fundamentos y aplicaciones, Ciencia optoelectrónica (2023). DOI:10.29026/oes.2023.230019
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