Progresele privind „Pensetele optice” care deschid terenul pentru a stimula cercetarea biomedicală

Rezonanța ionică în nanocristale creează o forță puternică de blocare optică. Credit: Dr. Fan Wang

Progrese semnificative în tehnologia pensetelor optice, dezvoltate de cercetătorii de la UTS Institute for Biomedical Materials and Equipment, vor contribui la creșterea cercetării biomedicale.

La fel ca jediții din Războiul Stelelor folosesc „forța” pentru a controla obiectele de la distanță, oamenii de știință pot folosi lumina sau „forța optică” pentru a mișca particule foarte mici. Inventatorii acestei tehnologii laser, cunoscute sub numele de „pensete optice”, au primit Premiul Nobel pentru fizică din 2018.

Pensetele optice sunt utilizate în biologie, medicină și știința materialelor pentru a colecta și manipula nanoparticule, cum ar fi atomii de aur. Cu toate acestea, tehnologia se bazează pe o schimbare a proprietăților de refracție a particulelor prinse și a mediului înconjurător.

Acum oamenii de știință au descoperit o nouă tehnică care le permite să manipuleze particule care au aceleași proprietăți de refracție ca mediul de fundal, depășind o provocare tehnică fundamentală.

Studiu: „Penseta optică dincolo de nepotrivirea indicelui de refracție folosind nanoparticule cu conversie puternic dopată” tocmai a fost publicată în Nanotehnolog al naturiiși.

„Această descoperire are un mare potențial, în special în domenii precum medicina”, spune co-autorul principal Dr. Fan Wang de la Universitatea de Tehnologie din Sydney (UTS).

„În mod tradițional, aveți nevoie de sute de miliți de putere laser pentru a bloca o particulă de aur de 20 nanometri. „Cu noua noastră tehnologie, putem captura o particulă de 20 nanometri folosind zeci de milivatti de energie.”

Xuchen Shan

„Capacitatea de a împinge, trage și măsura forțele obiectelor microscopice din interiorul celulelor, cum ar fi fibrele ADN sau enzimele intracelulare, pot duce la progrese în înțelegerea și tratarea multor boli diferite, cum ar fi diabetul sau cancerul.

„Microsondele mecanice tradiționale utilizate pentru manipularea celulelor sunt invazive și rezoluția de poziționare este scăzută. „Pot măsura numai lucruri precum rigiditatea unei membrane celulare, nu puterea proteinelor motorii moleculare din interiorul unei celule”, spune el.

Echipa de cercetare a dezvoltat o metodă unică pentru a controla proprietățile de refracție și luminiscența nanoparticulelor prin doparea nanocristalelor cu ioni metalici de pământuri rare.

Depășind această primă provocare fundamentală, echipa a optimizat apoi concentrația de dopaj ionic pentru a obține blocarea nanoparticulelor la un nivel de energie mult mai scăzut și cu o eficiență de 30 de ori mai mare.

„În mod tradițional, aveți nevoie de sute de miliți de putere laser pentru a bloca o particulă de aur de 20 nanometri. Cu noua noastră tehnologie, putem capta o particulă de 20 nanometri folosind zeci de miliți de energie “, spune Xuchen Shan, primul coautor și doctorand la Școala de inginerie electrică și de date a UTS.

„Penseta noastră optică a atins, de asemenea, un nivel record de sensibilitate sau„ duritate ”pentru nanoparticule într-o soluție apoasă. „În mod remarcabil, căldura generată de această metodă a fost neglijabilă în comparație cu metodele vechi, astfel încât penseta noastră optică oferă o serie de avantaje”, spune el.

Principalul său coautor Dr. Peter Reece, de la Universitatea din New South Wales, spune că acest concept de cercetare este o descoperire importantă într-un domeniu care devine din ce în ce mai sofisticat pentru cercetătorii biologici.

„Perspectiva dezvoltării unei sonde de forță la scară nano-eficientă este foarte interesantă. “Speranța este că sonda de forță poate fi etichetată pentru a viza structuri intracelulare și organite, permițând manipularea optică a acestor structuri”, a spus el.

Profesorul proeminent Dayong Jin, director al Institutului UTS pentru Materiale și Echipamente Biomedice (IBMD) și coautor, spune că această lucrare deschide noi posibilități pentru imagini funcționale de super-rezoluție ale biomecanicii intracelulare.

„Cercetările IBMD s-au concentrat pe transformarea progreselor în fotonică și tehnologia materialelor în aplicații biomedicale, iar acest tip de dezvoltare a tehnologiei este în concordanță cu această viziune”, spune profesorul Jin.

„Odată ce am răspuns la întrebările de bază ale științei și am descoperit noile mecanisme ale fotonicii și științei materiale, atunci trecem la aplicarea lor. „Această nouă descoperire ne va permite să folosim puteri mai mici și metode mai puțin invazive pentru a bloca obiecte nanoscopice, cum ar fi celulele vii și diviziunile celulare, pentru manipulare și măsurare de înaltă precizie a biomecanicii la scară nanomatică.

Referință: „Pensete optice dincolo de nepotrivirea indicelui de refracție folosind nanoparticule de conversie foarte dopate” de Xuchen Shan, Fan Wang, Dejiang Wang, Shihui Wen, Chaohao Chen, Xiangjun Di, Peng Nie, Jiata Liao, Yiayan Liao,, Peter J. Reece și Dayong Jin, 18 februarie 2021, Nanotehnologia naturii.
DOI: 10.1038 / s41565-021-00852-0

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.