Написано AZoNano 16 сентября 2019 [19459][1945919009]

Инструменты для манипулирования небольшими взвешенными частицами, такими как клетки, микрочастицы и наночастицы, играют важную роль в развитии фундаментальной науки и открытии новых технологий. В частности, манипулирование материалами со светом привело к значительным прорывам в различных областях от атомной физики до микробиологии и молекулярной медицины. Более тридцати лет назад Артур Эшкин из Bell labs впервые предложил устройство, использующее сфокусированный лазерный свет для захвата объектов, которые разделили Нобелевскую премию по физике в 2018 году. Эти устройства известны как оптические пинцеты и в настоящее время являются ключевым инструментом в биологии, физике мягких веществ. и исследования квантовой оптики.

Основная проблема, с которой сталкиваются оптические пинцеты и другие традиционные методы захвата, заключается в их неспособности удерживать объекты чрезвычайно малых размеров, также называемые грузом. Представьте, что вы собираете крупинки соли, используя только пару игл! Что делает его жестким, так это то, что сила, необходимая для захвата частицы, уменьшается с уменьшением ее размера. Ключевым технологическим прорывом, позволившим этим оптическим пинцетам проникнуть глубже в наноразмер и стать так называемыми «нанот пинцетами», стала плазмоника. При освещении светом благородные металлические наноструктуры создают вокруг себя сильное электромагнитное поле, которое может притягивать и удерживать наночастицы, которые находятся близко друг к другу.

Однако плазмонный пинцет также имеет ограничения. С помощью ограниченного диапазона влияния и фиксации в пространстве эти пинцеты могут захватывать только наночастицы в их окрестностях. Это делает весь процесс улавливания медленным и неэффективным для транспорта. Поэтому важно разработать технику, которая обладает эффективностью традиционного плазменного пинцета, но в то же время маневренна, как и обычные оптические пинцеты.

В нашей более ранней работе (опубликованной в Science Robotics) мы впервые продемонстрировали маневренность плазмонного пинцета за счет совместного действия магнитной и оптической силы. Однако из-за этого гибридного подхода эти пинцеты не применимы для определенного типа коллоидов, таких как магнитные наночастицы. Также было невозможно самостоятельно контролировать их для параллельных манипуляционных упражнений.

В этой работе, которая будет опубликована в журнале Nature Communications, мы демонстрируем продвинутую технику наноманипуляции, которая работает только на оптических силах и поэтому универсальна по своей природе. В нашем эксперименте мы интегрировали плазмонный нанодиск (сделанный из серебра) в диэлектрический микрозерок (сделанный из стекла) и маневрировали гибридную структуру сфокусированным лазерным лучом. Это уникальное проявление концепции «пинцет в пинцет», где захват и маневрирование достигается одним лазерным лучом. Эти полностью оптические нанопинцеты можно направлять на любые целевые объекты в любой текучей среде с точным контролем для захвата, транспортировки и высвобождения наноразмерных грузов размером до 40 нм (типичная шкала длины вируса, ДНК и различных макромолекул) с высокой скоростью и эффективностью. Мы также показали параллельное и независимое управление при манипуляциях с различными нанообъектами, включая флуоресцентные наноалмазы, магнитные наночастицы со сверхнизкой мощностью лазера, которая ниже, чем типичный порог повреждения мягких биологических объектов.

Эта продемонстрированная технология может обеспечить изоляцию, манипулирование и сборку на уровне чипа наноматериалов, таких как нанокристаллы, флуоресцентные наноалмазы и квантовые точки, и позволяет неинвазивные манипуляции с хрупкими био образцами, такими как бактерии, вирусы и различные макромолекулы. Помимо переноса мелких предметов в различные места микрофлюидного устройства, мы также можем локализовать их с высоким пространственным разрешением, а затем убрать их при необходимости. Эта возможность может открыть новые возможности в наноразмерной сборке и зондировании.

Источник: http://www.cense.iisc.ac.in/