Op slechts 1/1000ste van een millimeter, nanodeeltjes zijn met het blote oog niet te zien. Maar, ondanks dat ze klein zijn, ze zijn in veel opzichten extreem belangrijk. Als wetenschappers DNA van dichtbij willen bekijken, eiwitten, of virussen, dan is het essentieel om nanodeeltjes te kunnen isoleren en monitoren.

Om deze deeltjes te vangen, wordt een laserstraal strak gefocusseerd tot een punt dat een sterk elektromagnetisch veld produceert. Deze straal kan deeltjes vasthouden, net als een pincet, maar, helaas, er zijn natuurlijke beperkingen aan deze techniek. Het meest opvallend zijn de groottebeperkingen - als het deeltje te klein is, de techniek zal niet werken. Daten, optische pincetten zijn niet in staat geweest om deeltjes zoals individuele eiwitten vast te houden, die slechts enkele nanometers in doorsnee zijn.

Nutsvoorzieningen, als gevolg van recente ontwikkelingen in nanotechnologie, onderzoekers van de Light-Matter Interactions for Quantum Technologies Unit van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hebben een techniek ontwikkeld voor het nauwkeurig vangen van nanodeeltjes. In dit onderzoek, ze overwonnen de natuurlijke beperkingen door optische pincetten te ontwikkelen op basis van metamaterialen - een synthetisch materiaal met specifieke eigenschappen die van nature niet voorkomen. Dit was de eerste keer dat dit soort metamateriaal werd gebruikt voor het vangen van enkele nanodeeltjes.

"Het kunnen manipuleren of beheersen van deze kleine deeltjes is cruciaal voor vooruitgang in de biomedische wetenschap, " verklaarde Dr. Domna Kotsifaki, stafwetenschapper in de OIST-eenheid en eerste auteur van het onderzoekspaper gepubliceerd in Nano-letters . Dr. Kotsifaki legde verder uit dat het vangen van deze nanodeeltjes onderzoekers in staat zou kunnen stellen de progressie van kanker te zien, om effectieve medicijnen te ontwikkelen, en om biomedische beeldvorming te bevorderen. "De potentiële toepassingen voor de samenleving zijn verstrekkend."

Deze nieuwe techniek heeft twee gewilde eigenschappen:het kan de nanodeeltjes stabiel vangen met behulp van laservermogen van lage intensiteit en het kan voor een lange periode worden gebruikt terwijl lichte schade aan het monster wordt vermeden. De reden hiervoor was het metamateriaal dat de onderzoekers kozen om te gebruiken. Dit metamateriaal is zeer gevoelig voor veranderingen in de omgeving en, daarom, maakt het gebruik van laservermogen met lage intensiteit mogelijk.

"Metamaterialen hebben ongebruikelijke eigenschappen vanwege hun unieke ontwerp en structuur. Maar dit maakt ze erg nuttig. De afgelopen jaren zijn er is een heel nieuw tijdperk van apparaten met nieuwe concepten en potentiële toepassingen van gemaakt, " verklaarde Dr. Kotsifaki. "Van het metamateriaal, we hebben een reeks asymmetrische gespleten ringen gefabriceerd met behulp van een bundel ionen - klein, geladen deeltjes - op een 50 nm gouden film."

Om te testen of de techniek werkte, de onderzoeksgroep verlichtte het apparaat met nabij-infraroodlicht en ving 20 nm polystyreendeeltjes op in bepaalde gebieden erop.

Dr. Kotsifaki en collega's waren op zoek naar de stijfheid van de val, wat een maat is voor de trapping-prestaties. "De bereikte trapping-prestaties waren meerdere keren beter dan die van conventionele optische pincetten en de hoogste die tot nu toe is gerapporteerd, voor zover we weten, " legde ze uit. "Als de eerste groep die dit apparaat gebruikte voor het nauwkeurig vangen van nanodeeltjes, het was de moeite waard om bij te dragen aan dergelijke vooruitgang op dit onderzoeksgebied."

Het onderzoeksteam is nu van plan om hun apparaat aan te passen om te zien of dit pincet kan worden gebruikt in toepassingen in de echte wereld. specifiek, in de toekomst, dit apparaat kan worden gebruikt om lab-on-chip-technologieën te creëren, die in de hand worden gehouden, diagnostische hulpmiddelen die efficiënt en economisch resultaten kunnen opleveren. Naast de toepassingen in de biomedische wetenschap, dit onderzoek heeft nieuwe en fundamentele inzichten opgeleverd in nanotechnologie en lichtgedrag op nanoschaal.