Al igual que los Jedis en Star Wars usan 'la fuerza' para controlar objetos a distancia, los científicos pueden usar luz o 'fuerza óptica' para mover partículas muy pequeñas.
Los inventores de esta innovadora tecnología láser, conocida como 'pinzas ópticas', recibieron el Premio Nobel de Física 2018.
Las pinzas ópticas se utilizan en biología, medicina y ciencia de materiales para ensamblar y manipular nanopartículas como átomos de oro. Sin embargo, la tecnología se basa en una diferencia en las propiedades refractivas de la partícula atrapada y el entorno circundante.
Ahora los científicos han descubierto una nueva técnica que les permite manipular partículas que tienen las mismas propiedades refractivas que el entorno de fondo, superando un desafío técnico fundamental.
El estudio 'Pinzas ópticas más allá del desajuste del índice de refracción utilizando nanopartículas de conversión ascendente altamente dopadas' se acaba de publicar en Nanotecnología de la naturaleza .
"Este avance tiene un gran potencial, particularmente en campos como la medicina", dice el coautor principal, el Dr. Fan Wang de la Universidad de Tecnología de Sydney UTS.
"La capacidad de empujar, tirar y medir las fuerzas de objetos microscópicos dentro de las células, como hebras de ADN o enzimas intracelulares, podría conducir a avances en la comprensión y el tratamiento de muchas enfermedades diferentes como la diabetes o el cáncer.
"Las micro-sondas mecánicas tradicionales utilizadas para manipular células son invasivas y la resolución de posicionamiento es baja. Solo pueden medir cosas como la rigidez de una membrana celular, no la fuerza de las proteínas motoras moleculares dentro de una célula", dice.
El equipo de investigación desarrolló un método único para controlar las propiedades refractivas y la luminiscencia de las nanopartículas dopando nanocristales con iones de metales de tierras raras.
Habiendo superado este primer desafío fundamental, el equipo optimizó la concentración de iones de dopaje para lograr la captura de nanopartículas a un nivel de energía mucho más bajo y con una eficiencia 30 veces mayor.
"Tradicionalmente, se necesitan cientos de milivatios de potencia láser para atrapar una partícula de oro de 20 nanómetros. Con nuestra nueva tecnología, podemos atrapar una partícula de 20 nanómetros utilizando decenas de milivatios de potencia", dice Xuchen Shan, primer coautor yCandidato a doctorado de UTS en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y de Datos de UTS.
"Nuestras pinzas ópticas también lograron un alto grado récord de sensibilidad o 'rigidez' para las nanopartículas en una solución de agua. Sorprendentemente, el calor generado por este método fue insignificante en comparación con los métodos más antiguos, por lo que nuestras pinzas ópticas ofrecen una serie de ventajas," él dice.
El coautor principal, el Dr. Peter Reece, de la Universidad de Nueva Gales del Sur, dice que esta investigación de prueba de concepto es un avance significativo en un campo que se está volviendo cada vez más sofisticado para los investigadores biológicos.
"La perspectiva de desarrollar una sonda de fuerza a nanoescala de alta eficiencia es muy emocionante. La esperanza es que la sonda de fuerza pueda etiquetarse para apuntar a estructuras y orgánulos intracelulares, lo que permite la manipulación óptica de estas estructuras intracelulares", dice.
El distinguido profesor Dayong Jin, director del Instituto de Materiales y Dispositivos Biomédicos de la UTS IBMD y coautor principal, dice que este trabajo abre nuevas oportunidades para la obtención de imágenes funcionales de superresolución de la biomecánica intracelular.
"La investigación de IBMD se centra en la traducción de los avances en fotónica y tecnología de materiales en aplicaciones biomédicas, y este tipo de desarrollo tecnológico está bien alineado con esta visión", dice el profesor Jin.
"Una vez que hayamos respondido las preguntas científicas fundamentales y descubierto los nuevos mecanismos de la fotónica y la ciencia de los materiales, pasamos a aplicarlos. Este nuevo avance nos permitirá utilizar formas de menor potencia y menos invasivas para atrapar objetos nanoscópicos, comocomo células vivas y compartimentos intracelulares, para manipulación de alta precisión y medición biomecánica a nanoescala ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tecnología de Sydney . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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