(Phys.org) —Optische trapping, een techniek voor het bestuderen van afzonderlijke moleculen, is traditioneel delicaat, speciale apparatuur en een geluiddichte ruimte nodig hebben, met gegevens verzameld één molecuul tegelijk.

Natuurkundigen van Cornell hebben de technologie van een optische val verkleind, die licht gebruikt om moleculen zoals DNA en eiwitten op te hangen en te manipuleren, op een enkele chip. En in plaats van slechts één molecuul tegelijk, het nieuwe apparaat kan mogelijk honderden moleculen tegelijk vangen, maandenlange experimenten terugbrengen tot dagen.

"We houden van experimenten met één molecuul omdat de gegevens mooi en duidelijk zijn, en we leren zoveel door moleculen te manipuleren en te verstoren en te kijken hoe dingen veranderen, " zei Michelle Wang, hoogleraar natuurkunde, wie leidde de studie die online werd gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie 28 april. Maar de experimentele techniek zelf kan wel wat verbetering gebruiken, wat Wang motiveerde, die DNA en de bijbehorende motoreiwitten bestudeert, oplossingen te bedenken.

Wang en collega's ontwikkelden een nieuw type optische val, puttend uit nanofotonica – in dit geval licht gebruiken als controllers op nanoschaal - evenals on-chip elektronica en microfluïdica om een ​​laag vermogen te maken, stabiel apparaat dat op conventionele microscopen kan worden gemonteerd.

Hun belangrijkste innovatie is het genereren van controleerbare optische staande golven in nanofotonische golfgeleiders, gevormd door twee tegengesteld voortplantende lichtgolven, die functioneren als optische trap-arrays. Dit ontwerp hergebruikt hetzelfde licht om meerdere vallen te produceren, die elk één molecuul kunnen bevatten, bijvoorbeeld, een enkel molecuul DNA.

"Wat we hier hebben is een stabiele en controleerbare driedimensionale trap-array, "Zei Wang. "Dat is nog nooit eerder gedaan." Ze noemen hun apparaat een nanofotonische staande golfarrayval, of nSWAT.

Om de stabiliteit van het apparaat te testen, een belangrijke doorbraak, klopten laboratoriumleden fysiek op de microscoop waar ze hun chip hadden gemonteerd. Door het compacte karakter van het apparaat, die op een cent past, ze ontdekten weinig, als er een storing is.

In hun krant ze beschreven ook het transporteren van moleculen over een relatief lange afstand met behulp van de golfgeleiders. Dankzij dit vermogen kan de nieuwe optische val worden geïntegreerd met bestaande fluorescentielabeltechnieken voor het labelen van interessante moleculen.

Fabricage van de nSWAT werd exclusief gedaan in de Cornell NanoScale Science and Technology Facility (CNF).

Experimenten beschreven in de krant, "Nanophotonic trapping voor nauwkeurige manipulatie van biomoleculaire arrays, " werden voornamelijk voltooid door co-eerste auteurs Mohammad Soltani en Jun Lin, beide postdoctorale medewerkers in het Wang-lab, met substantiële hulp van verschillende studenten en postdocs in het lab. De vroege stadia van het project omvatten nuttige discussies met, en geleende apparatuur van, co-auteur Michal Lipson, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek, een nanofotonica-expert.