Indfangning af små partikler:Et alsidigt værktøj til nanomanipulation

På kun 1/1000 millimeter, nanopartikler er umulige at se med det blotte øje. Men, på trods af at være lille, de er ekstremt vigtige på mange måder. Hvis forskere ønsker at se nærmere på DNA, proteiner, eller vira, så er det vigtigt at kunne isolere og overvåge nanopartikler.

Fangst af disse partikler involverer tæt fokusering af en laserstråle til et punkt, der producerer et stærkt elektromagnetisk felt. Denne stråle kan holde partikler ligesom en pincet, men, desværre, der er naturlige begrænsninger for denne teknik. Mest bemærkelsesværdige er størrelsesbegrænsningerne - hvis partiklen er for lille, teknikken virker ikke. Til dato, optisk pincet har ikke været i stand til at holde partikler som individuelle proteiner, som kun er få nanometer i diameter.

Nu, på grund af nylige fremskridt inden for nanoteknologi, forskere i Light-Matter Interactions for Quantum Technologies Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har udviklet en teknik til præcis nanopartikelfangst. I dette studie, de overvandt de naturlige begrænsninger ved at udvikle optiske pincetter baseret på metamaterialer - et syntetisk materiale med specifikke egenskaber, der ikke forekommer naturligt. Dette var første gang, at denne form for metamateriale var blevet brugt til enkelt nanopartikelfangst.

"At være i stand til at manipulere eller kontrollere disse små partikler er afgørende for fremskridt inden for biomedicinsk videnskab, "forklarede Dr. Domna Kotsifaki, personaleforsker i OIST -enheden og første forfatter til forskningsartiklen, der blev offentliggjort i Nano bogstaver . Dr. Kotsifaki fortsatte med at forklare, at fangst af disse nanopartikler kunne gøre det muligt for forskere at se udviklingen af ​​kræft, at udvikle effektive lægemidler, og at fremme biomedicinsk billeddannelse. "De potentielle anvendelser for samfundet er vidtgående."

Denne nye teknik har to eftertragtede evner - den kan stabilt fælde nanopartiklerne ved hjælp af laserintensitet med lav intensitet, og den kan bruges i en lang periode, samtidig med at den undgår lette skader på prøven. Årsagen til dette var det metamateriale, som forskerne valgte at bruge. Dette metamateriale er meget følsomt over for ændringer i det omgivende miljø og, derfor, giver mulighed for brug af lav intensitet laserstrøm.

"Metamaterialer har usædvanlige egenskaber på grund af deres unikke design og struktur. Men det gør dem meget nyttige. I løbet af de sidste par år har der er skabt en helt ny æra af enheder med nye koncepter og potentielle applikationer, "forklarede Dr. Kotsifaki." Fra metamaterialet, vi fremstillede en række asymmetriske splitringe ved hjælp af en bjælke af ioner - små, ladede partikler - på en 50 nm guldfilm. "

For at teste om teknikken virkede, forskergruppen belyste enheden med nær infrarødt lys og fangede 20 nm polystyrenpartikler i visse områder på den.

Dr. Kotsifaki og kolleger ledte efter fældens stivhed, som er en måling af fangstydelse. "Den opnåede fangstydelse var flere gange bedre end konventionelle optiske pincetter og den højeste rapporteret til dato, så vidt vi ved, "forklarede hun." Som den første gruppe, der brugte denne enhed til præcision af nanopartikelfangst, det har været givende at bidrage til sådanne fremskridt på dette forskningsområde. "

Forskergruppen planlægger nu at finjustere deres enhed for at se, om denne pincet kan bruges i virkelige applikationer. Specifikt, i fremtiden, denne enhed kan bruges til at skabe lab-on-chip teknologier, som er håndholdt, diagnostiske værktøjer, der kan levere resultater effektivt og økonomisk. Ved siden af ​​dets anvendelser inden for biomedicinsk videnskab, denne forskning har givet ny og grundlæggende indsigt i nanoteknologi og lysadfærd på nanoskalaen.