Los puntos cuánticos (QD) han encontrado muchas aplicaciones en los últimos años, ahora se pueden comprar con una variedad de estructuras y configuraciones compuestas. Algunos están disponibles suspendidos en un fluido biológicamente amigable, haciéndolos bien preparados para servir como biomarcadores para el marcado y seguimiento de una sola molécula. Pero suponga que quisiera atrapar y mover una de estas etiquetas de nanopartículas individuales de la misma manera que otros biólogos tomarían muestras de tejido con una pinza.

Aprovechando las habilidades de nano-rayo tractor de las pinzas ópticas, investigadores de la Universidad de Melbourne, Australia, y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, Porcelana, desarrolló una nanoantena totalmente de silicio para atrapar puntos cuánticos individuales suspendidos en una cámara de microfluidos. El grupo presentará su trabajo en Frontiers in Optics + Laser Science APS / DLS (FIO + LS), celebrada del 17 al 21 de septiembre de 2017 en Washington, CORRIENTE CONTINUA.

"Pinzas ópticas convencionales, basado en rayos láser estrechamente enfocados a pequeños puntos con lentes de microscopio, permitir que los materiales se manipulen de manera precisa y sin contacto, "dijo Kenneth Crozier, profesor de la Universidad de Melbourne y miembro del equipo de investigación. "La captura de objetos muy pequeños se dificulta, sin embargo, debido al hecho de que la fuerza de atrapamiento varía aproximadamente con el volumen de partículas, y es pequeño en comparación con el efecto del movimiento browniano aleatorio ".

Atrapar objetos tan pequeños en una construcción biológicamente útil se hace aún más difícil por los efectos térmicos potencialmente destructivos del uso de antenas metálicas para enfocar los campos de captura. "Aquí, demostramos la captura de un objeto muy pequeño (es decir, un punto cuántico) utilizando una nanoantena de silicio, ", dijo Crozier." Literalmente pudimos ver puntos cuánticos individuales atrapados por nuestra nanoantena, y captura películas que muestren su movimiento ".

Las nuevas nanoantenas, cada uno de los cuales consta de un anillo de silicio que rodea un par de cilindros de silicio, se fabrican mediante litografía por haz de electrones y grabado con iones reactivos. La estructura concentra la luz infrarroja utilizada para atrapar los puntos cuánticos en el pequeño espacio de 50 nanómetros entre los cilindros.

Crozier y su grupo probaron su antena colocando una cámara de microfluidos, lleno de puntos cuánticos de CdSe / ZnS suspendidos en una solución tampón, al chip de silicio. Esto se montó en un microscopio óptico donde la luz verde incidente estimuló la fluorescencia de la firma de los puntos cuánticos y una cámara CCD capturó la captura en acción.

"De las simulaciones que hicimos antes de los experimentos, esperábamos que funcionara, pero no estábamos seguros, ", Dijo Crozier." Así que fue muy emocionante ver los puntos cuánticos individuales atrapados cuando realmente hicimos los experimentos ". Con una velocidad de fotogramas de 30 fotogramas por segundo, pudieron grabar en video la captura de un solo punto cuántico fluorescente por una antena de silicio en su chip acoplado de microfluidos.

"Usamos bajas concentraciones de partículas porque queríamos asegurarnos de que estábamos tratando con puntos cuánticos individuales, "dijo Zhe" Kelvin "Xu, estudiante de doctorado en la Universidad de Melbourne que realizó los experimentos. "Eso significaba que por lo general teníamos que esperar un tiempo para cada evento de captura de puntos cuánticos, en el orden de una hora. Y, por supuesto, esto significa que teníamos que estar muy atentos durante los experimentos para no perdernos estos eventos de captura ".

De hecho, las bajas concentraciones de puntos cuánticos que exigían tanta paciencia ponen de relieve un problema más general en la biosensibilidad que su nuevo enfoque de captura podría resolver. Según Crozier, Un problema clásico con los nanosensores que detectan sustancias en concentraciones bajas es que el área de detección pequeña limita la velocidad a la que se administran las moléculas. Ahora con el poder de la fuerza (óptica), un uso potencial de las nanoantenas sería aumentar el flujo de moléculas u otros objetos en nanosensores.

"Poder observar directamente el proceso de captura a través de nuestro microscopio nos hizo pensar en aplicar esto a otros nanomateriales, ", dijo Crozier. Mirando las aplicaciones futuras, el mundo de la nanosensibilidad aún tiene mucho que explorar. "Sería muy emocionante atrapar una sola molécula biológica con nuestra antena, y observar directamente este proceso de captura. Esto también podría proporcionar información útil que ayudaría a la aplicación de nanosensores ".