Optisk pincetteknologi tilpasset til at overvinde farer ved varme

Tre år siden, Arthur Ashkin vandt Nobelprisen for at opfinde en optisk pincet, som bruger lys i form af en kraftig laserstråle til at fange og manipulere partikler. På trods af at de blev skabt for årtier siden, optisk pincet fører stadig til store gennembrud og bruges i dag meget til at studere biologiske systemer.

Imidlertid, optisk pincet har fejl. Den langvarige interaktion med laserstrålen kan ændre molekyler og partikler eller beskadige dem med overdreven varme.

Forskere ved University of Texas i Austin har skabt en ny version af optisk pincetteknologi, der løser dette problem, en udvikling, der kunne åbne de i forvejen højt respekterede værktøjer for nye typer forskning og forenkle processer for at bruge dem i dag.

Gennembruddet, der undgår dette problem med overophedning, kommer ud af en kombination af to koncepter:brugen af ​​et substrat sammensat af materialer, der afkøles, når et lys skinner på dem (i dette tilfælde, en laser); og et koncept kaldet termoforese, et fænomen, hvor mobile partikler almindeligvis vil gravitere mod et køligere miljø.

De køligere materialer tiltrækker partikler, gør dem nemmere at isolere, samtidig med at de beskytter dem mod overophedning. Ved at løse varmeproblemet, optisk pincet kunne blive mere udbredt til at studere biomolekyler, DNA, sygdomme og meget mere.

"Optisk pincet har mange fordele, men de er begrænsede, fordi når lyset fanger genstande, de varmer op, " sagde Yuebing Zheng, den tilsvarende forfatter til et nyt papir udgivet i Videnskab fremskridt og en lektor i Walker Department of Mechanical Engineering. "Vores værktøj løser denne kritiske udfordring; i stedet for at opvarme de fangede genstande, vi har dem kontrolleret ved en lavere temperatur."

Optisk pincet gør det samme som almindelig pincet - samle små genstande op og manipuler dem. Imidlertid, optisk pincet arbejder i meget mindre skala og bruger lys til at fange og flytte objekter.

Analyse af DNA er en almindelig brug af optisk pincet. Men at gøre det kræver at fastgøre glasperler i nanostørrelse til partiklerne. For derefter at flytte partiklerne, laseren skinner på perlerne, ikke selve partiklerne, fordi DNA'et ville blive beskadiget af lysets varmeeffekt.

"Når du er tvunget til at tilføje flere trin til processen, du øger usikkerheden, fordi du nu har introduceret noget andet i det biologiske system, som kan påvirke det, " sagde Zheng.

Denne nye og forbedrede version af optisk pincet eliminerer disse ekstra trin.

Teamets næste skridt omfatter udvikling af autonome kontrolsystemer, gør dem nemmere for folk uden specialuddannelse at bruge og udvider pincettens evner til at håndtere biologiske væsker såsom blod og urin. Og de arbejder på at kommercialisere opdagelsen.

Zheng og hans team har stor variation i deres forskning, men det hele centrerer sig om lys og hvordan det interagerer med materialer. På grund af dette fokus på lys, han har fulgt nøje, og brugt, optisk pincet i sin forskning. Forskerne var bekendt med termoforese og håbede, at de kunne udløse den med køligere materialer, som faktisk ville trække partikler til laseren for at forenkle analysen.