En 2018, la mitad del Premio Nobel fue otorgado a Arthur Ashkin, el físico que desarrolló las pinzas ópticas, el uso de un rayo láser bien enfocado para aislar y mover objetos de escala micrométrica (el tamaño de los glóbulos rojos). Ahora Justus Ndukaife, profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Vanderbilt, ha desarrollado las primeras pinzas opto-termoelectrohidrodinámicas, nanot pinzas ópticas que pueden atrapar y manipular objetos en una escala aún menor.

El artículo, "Separación y manipulación de objetos y biomoléculas de menos de 10 nm utilizando pinzas opto-termoelectrohidrodinámicas" se publicó en línea en la revista. Nanotecnología de la naturaleza el 31 de agosto.

El artículo fue escrito por Ndukaife y los estudiantes graduados Chuchuan Hong y Sen Yang, que están realizando una investigación en el laboratorio de Ndukaife.

Las pinzas ópticas de escala micrométrica representan un avance significativo en la investigación biológica, pero están limitadas en el tamaño de los objetos con los que pueden trabajar. Esto se debe a que el rayo láser que actúa como pinza de una pinza óptica solo puede enfocar la luz láser a un cierto diámetro (aproximadamente la mitad de la longitud de onda del láser). En el caso de la luz roja con una longitud de onda de 700 nanómetros, la pinza puede enfocar y manipular solo objetos con un diámetro de aproximadamente 350 nanómetros o más usando poca potencia. Por supuesto, el tamaño es relativo, así que, si bien un tamaño de 350 nanómetros es extremadamente pequeño, deja fuera las moléculas aún más pequeñas, como los virus, que llegan a 100 nanómetros, o ADN y proteínas que miden menos de 10 nanómetros.

La técnica que Ndukaife estableció con OTET deja varios micrones entre el rayo láser y la molécula que está atrapando, otro elemento importante de cómo estos nuevos, pequeñas pinzas funcionan. "Hemos desarrollado una estrategia que nos permite depilar objetos extremadamente pequeños sin exponerlos a luz o calor de alta intensidad que puedan dañar la función de una molécula". ", Dijo Ndukaife." La capacidad de atrapar y manipular objetos tan pequeños nos da la capacidad de comprender la forma en que nuestro ADN y otras moléculas biológicas se comportan con gran detalle, en un nivel singular ".

Antes de OTET, moléculas como las vesículas extracelulares solo pueden aislarse utilizando centrifugadoras de alta velocidad. Sin embargo, El alto costo de la tecnología ha inhibido la adopción generalizada. OTET, por otra parte, tiene el potencial de estar ampliamente disponible para investigadores con presupuestos más pequeños. Las pinzas también pueden clasificar objetos según su tamaño, un enfoque que es importante cuando se buscan exosomas específicos, vesículas extracelulares secretadas por células que pueden causar metástasis de cánceres. Los exosomas varían en tamaño de 30 a 150 nanómetros, y clasificar e investigar exosomas específicos ha resultado ser un desafío.

Otras aplicaciones de OTET que Ndukaife prevé incluyen la detección de patógenos atrapando virus para su estudio e investigación de proteínas que contribuyen a las condiciones asociadas con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Ambas aplicaciones podrían contribuir a la detección temprana de enfermedades porque las pinzas pueden capturar de manera efectiva niveles bajos de moléculas, lo que significa que una enfermedad no tiene que estar completamente desarrollada antes de que se puedan investigar las moléculas que causan enfermedades. OTET también se puede combinar con otras técnicas de investigación como la biofluorescencia y la espectroscopia.

"El cielo es el límite cuando se trata de aplicaciones de OTET, "dijo Ndukaife, quien colaboró ​​con el Centro de Transferencia y Comercialización de Tecnología para registrar una patente sobre esta tecnología. "Espero ver cómo otros investigadores aprovechan sus capacidades en su trabajo".