in 2018, de helft van de Nobelprijs ging naar Arthur Ashkin, de fysicus die optische pincetten ontwikkelde, het gebruik van een strak gerichte laserstraal om objecten op micronschaal (ter grootte van rode bloedcellen) te isoleren en te verplaatsen. Nu Justus Ndukaife, assistent-professor elektrotechniek aan de Vanderbilt University, heeft het allereerste opto-thermo-elektrohydrodynamische pincet ontwikkeld, optische nanopincet die objecten op een nog kleinere schaal kan vangen en manipuleren.

Het artikel, "Stand-off trapping en manipulatie van sub-10 nm objecten en biomoleculen met behulp van opto-thermo-elektrohydrodynamische pincet" werd online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie op 31 augustus.

Het artikel is geschreven door Ndukaife en afgestudeerde studenten Chuchuan Hong en Sen Yang, die onderzoek doen in het laboratorium van Ndukaife.

Optische pincetten op micronschaal vertegenwoordigen een aanzienlijke vooruitgang in biologisch onderzoek, maar zijn beperkt in de grootte van de objecten waarmee ze kunnen werken. Dit komt omdat de laserstraal die fungeert als de tang van een optisch pincet, het laserlicht slechts tot een bepaalde diameter kan focussen (ongeveer de helft van de golflengte van de laser). In het geval van rood licht met een golflengte van 700 nanometer, de pincet kan alleen objecten met een diameter van ongeveer 350 nanometer of meer met een laag vermogen scherpstellen en manipuleren. Natuurlijk, grootte is relatief, dus hoewel een grootte van 350 nanometer extreem klein is, het laat de nog kleinere moleculen zoals virussen, die binnenkomen op 100 nanometer, of DNA en eiwitten die kleiner zijn dan 10 nanometer.

De techniek die Ndukaife met OTET heeft ontwikkeld, laat enkele microns tussen de laserstraal en het molecuul dat het vangt, een ander belangrijk element van hoe deze nieuwe, kleine pincet werkt. "We hebben een strategie ontwikkeld waarmee we extreem kleine objecten kunnen epileren zonder ze bloot te stellen aan licht of hitte met hoge intensiteit die de functie van een molecuul kunnen beschadigen, " zei Ndukaife. "Het vermogen om zulke kleine objecten te vangen en te manipuleren geeft ons de mogelijkheid om de manier waarop ons DNA en andere biologische moleculen zich gedragen tot in detail te begrijpen, op een enkelvoudig niveau."

Voor OTET, moleculen zoals extracellulaire blaasjes konden alleen worden geïsoleerd met behulp van hogesnelheidscentrifuges. Echter, de hoge kosten van de technologie hebben een brede acceptatie belemmerd. OTET, anderzijds, heeft het potentieel om breed beschikbaar te komen voor onderzoekers met kleinere budgetten. Het pincet kan ook objecten sorteren op basis van hun grootte, een benadering die belangrijk is bij het zoeken naar specifieke exosomen, extracellulaire blaasjes die worden uitgescheiden door cellen die ervoor kunnen zorgen dat kankers uitzaaien. Exosomen variëren in grootte van 30 tot 150 nanometer, en het sorteren en onderzoeken van specifieke exosomen is doorgaans een uitdaging gebleken.

Andere toepassingen van OTET die Ndukaife voor ogen heeft, zijn onder meer het detecteren van ziekteverwekkers door virussen te vangen voor studie en het onderzoeken van eiwitten die bijdragen aan aandoeningen die verband houden met neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer. Beide toepassingen kunnen bijdragen aan vroege detectie van ziekten, omdat het pincet effectief lage niveaus van moleculen kan opvangen, wat betekent dat een ziekte niet volledig hoeft te zijn voordat ziekteverwekkende moleculen kunnen worden onderzocht. OTET kan ook gecombineerd worden met andere onderzoekstechnieken zoals biofluorescentie en spectroscopie.

"The sky is the limit als het gaat om de toepassingen van OTET, " zei Ndukaife, die samenwerkte met het Centre for Technology Transfer and Commercialization om een ​​patent op deze technologie aan te vragen. "Ik kijk ernaar uit om te zien hoe andere onderzoekers de mogelijkheden ervan in hun werk benutten."