Herramientas para manipular pequeñas partículas suspendidas como células, Las micropartículas y nanopartículas juegan un papel esencial en el avance de la ciencia fundamental y el descubrimiento de nuevas tecnologías. Especialmente, La manipulación de materiales con luz ha dado lugar a importantes avances en diversos campos, desde la física atómica hasta la microbiología y la medicina molecular. Hace más de 30 años, Arthur Ashkin de Bell labs propuso por primera vez un dispositivo que usaba luz láser enfocada para atrapar objetos que compartieron el Premio Noble de Física en 2018. Estos dispositivos se conocen como pinzas ópticas y ahora son un instrumento clave en biología. investigación en física de materia blanda y óptica cuántica.

Un problema importante al que se enfrentan las pinzas ópticas y otras técnicas de captura convencionales es su incapacidad para sostener objetos de tamaño extremadamente pequeño. también llamado carga. ¡Imagínese recoger granos de sal con solo un par de agujas! Lo que lo hace difícil es que la fuerza requerida para capturar una partícula se reduce a medida que disminuye su tamaño. El avance tecnológico clave para permitir que estas pinzas ópticas se adentren más profundamente en la nanoescala y se conviertan en las llamadas "nanot pinzas" ha sido la plasmónica. Cuando está iluminado por la luz, Las nanoestructuras metálicas nobles crean un fuerte campo electromagnético a su alrededor que puede atraer y atrapar nanopartículas cercanas.

Sin embargo, Las pinzas plasmónicas también tienen limitaciones. Con un rango de influencia limitado y fijo en el espacio, estas pinzas solo pueden capturar nanopartículas en su vecindad. Esto hace que todo el proceso de captura sea inherentemente lento e ineficaz para el transporte. Entonces, Es importante diseñar una técnica que tenga la eficacia de una pinza plasmónica tradicional pero, al mismo tiempo, es maniobrable como las pinzas ópticas convencionales.

En un trabajo anterior (publicado en Ciencia Robótica ), los investigadores demostraron por primera vez la maniobrabilidad de las pinzas plasmónicas mediante el efecto combinado de la fuerza magnética y óptica. Sin embargo, debido a este enfoque híbrido, esas pinzas no son aplicables para cierto tipo de coloides como las nanopartículas magnéticas. Tampoco fue posible controlarlos de forma independiente para los ejercicios de manipulación paralelos.

En este trabajo, publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores demuestran una técnica de nanomanipulación avanzada que funciona únicamente con las fuerzas ópticas y, por lo tanto, es de naturaleza versátil. En el experimento, han integrado un nanodisco plasmónico (hecho de plata) a un microodisco dieléctrico (hecho de vidrio) y han maniobrado la estructura híbrida con un rayo láser enfocado. Esta es una manifestación única del concepto de "pinzas en una pinza" en el que la captura y la maniobra se logran con un solo rayo láser. Estas nanotpinzas totalmente ópticas se pueden conducir a cualquier objeto objetivo en cualquier entorno fluídico con un control preciso para capturar, transportar y liberar cargas a nanoescala tan pequeñas como 40 nm (escala de longitud típica de virus, ADN y diversas macromoléculas) con alta velocidad y eficiencia. Los investigadores también mostraron un control paralelo e independiente en la manipulación con varios nanoobjetos, incluidos los nanodiamantes fluorescentes, nanopartículas magnéticas con potencia láser ultrabaja que es inferior al umbral de daño típico de los objetos biológicos blandos.

Esta tecnología demostrada puede permitir el aislamiento, manipulación y ensamblaje a nivel de chip de nanomateriales como nanocristales, nanodiamantes fluorescentes y puntos cuánticos, y permitir la manipulación no invasiva de muestras biológicas frágiles, como bacterias, virus y diversas macromoléculas. Además de llevar pequeños objetos a varios puntos de un dispositivo de microfluidos, los investigadores también pueden localizarlos con alta resolución espacial y luego eliminarlos si es necesario. Esta capacidad puede abrir nuevas vías en el ensamblaje y la detección a nanoescala.