Una ilustración de una trampa de matriz de ondas estacionarias nanofotónicas (nSWAT) para la manipulación y medición paralelas de moléculas individuales. Aquí, una serie de moléculas de ADN con una perla adherida en cada extremo se manipula con precisión entre dos nSWAT. La posición de cada nSWAT se controla de forma independiente para reubicar y transportar la matriz de perlas atrapadas. Crédito:Robert Forties
(Phys.org) - Trampas ópticas, una técnica para estudiar moléculas individuales, es tradicionalmente delicado, requiriendo equipamiento especial y una sala insonorizada, con datos recopilados de una molécula a la vez.
Los físicos de Cornell han reducido la tecnología de una trampa óptica, que utiliza la luz para suspender y manipular moléculas como ADN y proteínas, en un solo chip. Y en lugar de solo una molécula a la vez, el nuevo dispositivo puede potencialmente atrapar cientos de moléculas a la vez, reduciendo los experimentos de un mes a días.
"Nos encantan los experimentos de una sola molécula porque los datos son hermosos y claros, y aprendemos mucho manipulando y perturbando moléculas y viendo cómo cambian las cosas, "dijo Michelle Wang, profesor de física, quién dirigió el estudio publicado en línea en Nanotecnología de la naturaleza 28 de abril. Pero la técnica experimental en sí podría mejorar, lo que motivó a Wang, que estudia el ADN y sus proteínas motoras asociadas, contemplar soluciones.
Wang y sus colegas desarrollaron un nuevo tipo de trampa óptica, basándose en la nanofotónica, en este caso, utilizando la luz como controladores a nanoescala, así como electrónica en chip y microfluidos para hacer un bajo consumo, Dispositivo estable que se puede acoplar a microscopios convencionales.
Su innovación clave es la generación de ondas estacionarias ópticas controlables en guías de ondas nanofotónicas, formado por dos ondas de luz contrapropagadas, que funcionan como matrices de trampas ópticas. Este diseño recicla la misma luz para producir múltiples trampas, cada uno de los cuales puede contener una molécula, por ejemplo, una sola molécula de ADN.
"Lo que tenemos aquí es una matriz de trampas tridimensional estable y controlable, "Eso nunca se ha hecho antes", dijo Wang. Llaman a su dispositivo una trampa de matriz de ondas estacionarias nanofotónicas, o nSWAT.
Para probar la estabilidad del dispositivo, un avance clave, los miembros del laboratorio tocaron físicamente el microscopio donde habían montado su chip. Debido a la naturaleza compacta del dispositivo, que cabe en un centavo, detectaron poco, si hay alguna alteración.
En su papel también describieron el transporte de moléculas a una distancia relativamente larga utilizando las guías de ondas. Esta capacidad permite que la nueva trampa óptica se integre con las técnicas de etiquetado de fluorescencia existentes para etiquetar moléculas de interés.
La fabricación del nSWAT se realizó exclusivamente en las instalaciones de ciencia y tecnología de Cornell NanoScale (CNF).
Experimentos descritos en el documento, "Trampamiento nanofotónico para la manipulación precisa de matrices biomoleculares, "fueron completados principalmente por los co-primeros autores Mohammad Soltani y Jun Lin, ambos asociados postdoctorales en el laboratorio Wang, con la ayuda sustancial de varios estudiantes y posdoctorados en el laboratorio. Las primeras etapas del proyecto involucraron discusiones útiles con, y equipo prestado de, coautor Michal Lipson, profesor de ingeniería eléctrica e informática, un experto en nanofotónica.
