Написано AZoNano 27 июля 2020 [1945

Наночастицы кажутся крошечными. Они измеряют только 1/1000 ^й миллиметра, и, следовательно, не могут быть видны невооруженным глазом. Хотя они маленькие, они очень важны в нескольких отношениях.

Способность изолировать и отслеживать наночастицы имеет важное значение для тщательного изучения вирусов, белков или ДНК.

Чтобы захватить такие частицы, лазерный луч должен быть жестко сфокусирован в точку, которая генерирует мощное электромагнитное поле. Этот луч будет иметь способность удерживать частицы, похожие на пинцет. Однако этому методу мешают некоторые естественные ограничения.

Наиболее заметными среди них являются ограничения по размеру – метод неприменим, если частица слишком мала. До настоящего времени оптические пинцеты не могли удерживать частицы, такие как отдельные белки, диаметр которых составляет всего несколько нанометров.

Последние достижения в области нанотехнологий позволили ученым из Отдела взаимодействий света и вещества для квантовых технологий в Окинавском университете науки и технологии (OIST) разработать метод точного улавливания наночастиц.

В этом исследовании команда рассмотрела естественные ограничения, разработав пинцет на основе оптических метаматериалов. Метаматериалы – это синтетические материалы с особыми свойствами, которые не встречаются в природе. Впервые исследователи использовали этот тип метаматериала для захвата одной наночастицы.

Возможность манипулировать этими малыми частицами или управлять ими имеет решающее значение для достижений биомедицинской науки . Потенциальные приложения для общества являются далеко идущими .

Доктор Домна Коцифаки, штатный сотрудник Окинавского института науки и технологий

Коцифаки является первым автором исследования, опубликованным в Nano Letters . Доктор Коцифаки объяснил, что, улавливая такие наночастицы, ученые могли наблюдать прогрессирование рака, разрабатывать эффективные лекарства и оптимизировать биомедицинскую визуализацию.

Этот новый метод обладает двумя желательными возможностями – он может стабильно удерживать наночастицы, используя низкоинтенсивную лазерную энергию, и может использоваться в течение длительного периода, предотвращая повреждение образца светом.

Это был результат метаматериала, отобранного исследователями. Этот метаматериал очень чувствителен к изменениям в окружающей среде и, следовательно, позволяет использовать лазерную энергию низкой интенсивности.

Метаматериалы обладают необычными свойствами благодаря своему уникальному дизайну и структуре. Но это делает их очень полезными. За последние несколько лет из них была создана целая новая эра устройств с новыми концепциями и потенциальными приложениями . Из метаматериала мы изготовили массив асимметричных расщепленных колец, используя пучок ионов – крошечные заряженные частицы – на золотой пленке размером 50 нм.

Доктор Домна Коцифаки, штатный сотрудник Окинавского института науки и технологий

Чтобы проверить, был ли метод успешным, исследователи облучили устройство, используя ближний инфракрасный свет и захваченные частицы полистирола размером 20 нм в определенных областях на нем.

Вместе со своими сотрудниками доктор Коцифаки искала жесткость ловушки, которая связана с эффективностью захвата.

Достигнутая эффективность захвата была в несколько раз выше, чем у обычных оптических пинцетов, и самая высокая из известных на сегодняшний день, насколько нам известно. Как первая группа, которая использовала это устройство для точного улавливания наночастиц, было полезно внести свой вклад в такой прогресс в этой области исследований .

Д-р. Домна Коцифаки, штатный сотрудник Окинавского научно-технического института

В настоящее время команда планирует настроить устройство, чтобы проверить, можно ли использовать эти пинцеты в реальных приложениях. В частности, в ближайшие дни это устройство может быть использовано для создания лабораторных технологий, которые представляют собой ручные диагностические инструменты, которые могут предложить результаты недорогим и эффективным способом.

Помимо его применений в области биомедицинской науки, это исследование предложило новое и базовое понимание нанотехнологий и поведения света на наноуровне.

Помимо доктора Домны Коцифаки, в исследовательскую группу входили профессор Сил Ник Ник Шормайк, который возглавляет отдел OIST, и научный сотрудник, доктор Вьет Гианг Труонг.

Журнал Ссылка

Kotsifaki, D.G., и др. . (2020) Фанорезонансный, асимметричный, с помощью метаматериала пинцет для захвата одной наночастицы. Nano Letters . doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00300.

Источник: https://www.oist.jp/