Tre anni fa, Arthur Ashkin ha vinto il premio Nobel per aver inventato le pinzette ottiche, che usano la luce sotto forma di un raggio laser ad alta potenza per catturare e manipolare le particelle. Nonostante siano state create decenni fa, le pinzette ottiche portano ancora a grandi scoperte e sono ampiamente utilizzate oggi per studiare i sistemi biologici.
Tuttavia, hanno dei difetti. L’interazione prolungata con il raggio laser può alterare le molecole e le particelle o danneggiarle con un calore eccessivo.
I ricercatori dell’Università del Texas-Austin hanno creato una nuova versione della tecnologia delle pinzette ottiche che risolve questo problema, uno sviluppo che potrebbe consentire di aprire a nuovi tipi di ricerca gli strumenti già molto apprezzati e semplificare i processi per utilizzarli oggi.
Pinzette Ottiche: migliora la tecnologia per ottimizzare le loro funzioni per superare i pericoli del calore
La svolta che evita questo problema di surriscaldamento nasce dalla combinazione di due concetti: l’uso di un substrato composto da materiali che vengono raffreddati quando una luce viene fatta brillare su di loro (in questo caso, un laser); e un concetto chiamato termoforesi, un fenomeno in cui le particelle mobili comunemente gravitano verso un ambiente più freddo.
I materiali più freddi attirano le particelle, rendendole più facili da isolare, proteggendole anche dal surriscaldamento. Risolvendo il problema del calore, le pinzette ottiche potrebbero diventare più ampiamente utilizzate per studiare biomolecole, DNA, malattie e altro.
“Le pinzette ottiche hanno molti vantaggi, ma sono limitate perché ogni volta che la luce cattura gli oggetti, si riscaldano”; ha dichiarato Yuebing Zheng, l’autore corrispondente di un nuovo documento pubblicato su Science Advances; e poi professore associato nel Dipartimento Walker di Ingegneria Meccanica.
“Il nostro strumento affronta questa sfida critica; invece di riscaldare gli oggetti intrappolati, li facciamo controllare a una temperatura inferiore. Le pinzette ottiche hanno la stessa funzione delle normali pinzette: raccogliere piccoli oggetti e manipolarli. Tuttavia, lavorano su una scala molto più piccola e usano la luce per catturare e spostare gli oggetti”.
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Analizzare il DNA è un uso comune delle pinzette ottiche. Ma per farlo è necessario attaccare alle particelle delle nano-sfere di vetro. Poi, per spostare le particelle, il laser viene fatto brillare sulle perline, non sulle particelle stesse, perché il DNA verrebbe danneggiato dall’effetto di riscaldamento della luce.
“Quando si è costretti ad aggiungere più passaggi al processo, si aumenta l’incertezza perché ora si è introdotto qualcos’altro nel sistema biologico che può avere un impatto“. Sottolinea Zheng.
Questa nuova e migliorata versione di pinzette ottiche elimina questi passaggi extra.
I prossimi passi del team includono lo sviluppo di sistemi di controllo autonomi, rendendoli più facili da usare per le persone senza formazione specializzata; ed estendendo le capacità delle pinzette per gestire fluidi biologici come il sangue e l’urina. Stanno anche lavorando per commercializzare la scoperta.
Zheng e il suo team hanno molta scelta nelle loro ricerche, ma tutte si concentrano sulla luce e su come interagisce con i materiali. A causa di questo focus sulla luce, ha attentamente seguito, e utilizzato, le pinzette ottiche nella sua ricerca. I ricercatori avevano familiarità con la termoforesi e speravano di poterla attivare con materiali più freddi. Di conseguenza ipotizzavano che avrebbero effettivamente attratto le particelle verso il laser per semplificare l’analisi.
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