Drie jaar geleden, Arthur Ashkin won de Nobelprijs voor het uitvinden van een optisch pincet, die licht gebruiken in de vorm van een krachtige laserstraal om deeltjes te vangen en te manipuleren. Ondanks dat het tientallen jaren geleden is gemaakt, optische pincetten leiden nog steeds tot grote doorbraken en worden tegenwoordig veel gebruikt om biologische systemen te bestuderen.

Echter, optische pincet hebben gebreken. De langdurige interactie met de laserstraal kan moleculen en deeltjes veranderen of beschadigen door overmatige hitte.

Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin hebben een nieuwe versie van optische pincettechnologie ontwikkeld die dit probleem verhelpt. een ontwikkeling die de reeds hoog aangeschreven instrumenten zou kunnen openen voor nieuwe soorten onderzoek en de processen voor het gebruik ervan vandaag zou kunnen vereenvoudigen.

De doorbraak die dit probleem van oververhitting vermijdt, komt voort uit een combinatie van twee concepten:het gebruik van een substraat dat is samengesteld uit materialen die worden gekoeld wanneer er een licht op schijnt (in dit geval een laser); en een concept genaamd thermoforese, een fenomeen waarbij mobiele deeltjes gewoonlijk naar een koelere omgeving trekken.

De koelere materialen trekken deeltjes aan, waardoor ze gemakkelijker te isoleren zijn, terwijl ze ook worden beschermd tegen oververhitting. Door het warmteprobleem op te lossen, optische pincet zou op grotere schaal kunnen worden gebruikt om biomoleculen te bestuderen, DNA, ziekten en meer.

"Optisch pincet heeft veel voordelen, maar ze zijn beperkt omdat wanneer het licht objecten vangt, ze worden warm, " zei Yuebing Zheng, de corresponderende auteur van een nieuw artikel gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang en een universitair hoofddocent bij de Walker Department of Mechanical Engineering. "Onze tool pakt deze kritieke uitdaging aan:in plaats van de opgesloten objecten te verwarmen, we hebben ze op een lagere temperatuur gecontroleerd."

Een optisch pincet doet hetzelfde als een gewoon pincet:kleine voorwerpen oppakken en manipuleren. Echter, optische pincetten werken op een veel kleinere schaal en gebruiken licht om objecten vast te leggen en te verplaatsen.

Het analyseren van DNA is een veelgebruikt gebruik van optische pincetten. Maar om dit te doen, moeten glasparels van nanoformaat aan de deeltjes worden bevestigd. Om vervolgens de deeltjes te verplaatsen, de laser schijnt op de kralen, niet de deeltjes zelf, omdat het DNA zou worden beschadigd door het verhittingseffect van het licht.

"Als je gedwongen wordt om meer stappen aan het proces toe te voegen, je vergroot de onzekerheid omdat je nu iets anders in het biologische systeem hebt geïntroduceerd dat er invloed op kan hebben, ' zei Zheng.

Deze nieuwe en verbeterde versie van optisch pincet elimineert deze extra stappen.

De volgende stappen van het team zijn onder meer de ontwikkeling van autonome besturingssystemen, waardoor ze gemakkelijker te gebruiken zijn voor mensen zonder gespecialiseerde training en de mogelijkheden van het pincet worden uitgebreid om biologische vloeistoffen zoals bloed en urine te hanteren. En ze werken eraan om de ontdekking te commercialiseren.

Zheng en zijn team hebben veel variatie in hun onderzoek, maar het draait allemaal om licht en hoe het in wisselwerking staat met materialen. Door deze focus op licht, hij heeft nauwlettend gevolgd, en gebruikt, optische pincet in zijn onderzoek. De onderzoekers waren bekend met thermoforese en hoopten dat ze het konden activeren met koelere materialen, die eigenlijk deeltjes naar de laser zou trekken om de analyse te vereenvoudigen.