Let berøring holder greb om sarte nanopartikler

(Phys.org) -- Ved at bruge en raffineret teknik til at fange og manipulere nanopartikler, forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har forlænget de fangede partiklers brugstid mere end tidoblet. Denne nye tilgang, som en forsker sammenligner med "at tiltrække møl, " lover at give forsøgsledere den fangsttid, de har brug for til at bygge strukturer i nanoskala, og kan åbne vejen for at arbejde med nanopartikler inde i biologiske celler uden at beskadige cellerne med intenst laserlys.

Forskere fælder og flytter rutinemæssigt nanopartikler i en løsning med "optisk pincet" - en laser fokuseret til et meget lille punkt. Den lille prik af laserlys skaber et stærkt elektrisk felt, eller potentiel brønd, der tiltrækker partikler til midten af ​​strålen. Selvom partiklerne tiltrækkes ind i marken, molekylerne i væsken, de er suspenderet i, har en tendens til at skubbe dem ud af brønden. Denne effekt bliver kun værre, da partikelstørrelsen falder, fordi laserens indflydelse på en partikels bevægelse bliver svagere, efterhånden som partiklen bliver mindre. Man kan altid skrue op for laseren for at generere et stærkere elektrisk felt, men at gøre det kan stege nanopartiklerne for hurtigt til at gøre noget meningsfuldt med dem - hvis det overhovedet kan holde dem.

NIST-forskernes nye tilgang bruger et kontrol- og feedbacksystem, der kun skubber nanopartiklerne, når det er nødvendigt, sænke strålens gennemsnitlige intensitet og øge nanopartiklernes levetid, samtidig med at dens tendens til at vandre reduceres. Ifølge Thomas LeBrun, det gør de ved at slukke for laseren, når nanopartiklerne når midten og ved konstant at spore partiklen og flytte pincetten, mens partiklen bevæger sig.

"Du kan tænke på det som at tiltrække møl i mørket med en lommelygte, " siger LeBrun. "En møl er naturligt tiltrukket af lommelygtestrålen og vil følge den, selvom mølen tilsyneladende flagrer rundt tilfældigt. Vi følger den flagrende partikel med vores lommelygte, da partiklen skubbes rundt af nabomolekylerne i væsken. Vi gør lyset lysere, når det bliver for langt væk, og vi slukker lyset, når det er der, vi vil have det. Dette lader os maksimere den tid, som nanopartiklerne er under vores kontrol, mens vi minimerer den tid, strålen er tændt, øger partiklens levetid i fælden."

Ved at bruge denne metode ved konstant gennemsnitlig stråleeffekt, 100 nanometer guldpartikler forblev fanget 26 gange længere, end det var blevet set i tidligere eksperimenter. Silicapartikler på 350 nanometer i diameter holdt 22 gange længere, men med den gennemsnitlige stråleeffekt reduceret med 33 procent. LeBrun siger, at deres tilgang burde kunne kombineres med andre teknikker til at fange og holde endnu mindre nanopartikler i længere perioder uden at beskadige dem.

"Vi er mere end en størrelsesorden foran, hvor vi var før, " siger LeBrun. "Vi håber nu at begynde at bygge komplekse enheder i nanoskala og teste nanopartikler som sensorer og lægemidler i levende celler."