Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers ontwikkelen plasmonische nanopincetten om potentieel kankerverwekkende nanodeeltjes sneller op te vangen

Illustratie en theoretische analyse van het GET-systeem. a Illustratie van het bedieningsmechanisme van het GET-systeem. De tangentiële wisselstroom veld induceert elektro-osmotische stroom die radiaal naar buiten is. Door gebruik te maken van een cirkelvormige geometrie met een leeg gebied, wordt de radiaal naar buiten gerichte wisselstroom bereikt. elektro-osmotische stroming creëert een stagnatiezone in het midden van het lege gebied waar opvang plaatsvindt. b Een array van nanogaten met een vierkant rooster genereert wisselstroom. elektro-osmotische stroom naar buiten. c Vier vierkante roosterarrays creëren a.c. elektro-osmotische stromen die naar het centrum convergeren. d Een array van nanogaten met radiaal rooster genereert wisselstroom. elektro-osmotische stromen die convergeren naar het centrum van het lege gebied. b – d illustreren de evolutie van een nanogat-array met vierkant rooster naar een nanogat-array met radiaal rooster. e Stralingsenergiestroom voor een dipoolfluorescentie-emitter geplaatst in het midden van het lege gebied, die het vermogen toont om de GET-val te benutten om ook uitgezonden fotonen van opgesloten deeltjes te bundelen. f COMSOL-simulatie van de radiale elektro-osmotische stroming, waaruit blijkt dat de geometrie van het lege gebied resulteert in een tegengestelde elektro-osmotische stroming die in het midden een stagnatiezone vormt. Het vangen van deeltjes vindt plaats in het midden van het lege gebied waar de stromingsvectoren samenkomen. De positie voor het vangen van deeltjes wordt gemarkeerd met groene stippen, een g SEM-afbeelding van de plasmonische metasurface-array met lege gebieden en een ingezoomde versie van een individuele GET-val. Elk leeg gebied vertegenwoordigt een GET-val en kan naar wens gemakkelijk worden opgeschaald van honderden naar duizenden of miljoenen. Credit:Natuurcommunicatie (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40549-7

Vanderbilt-onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om objecten op nanoschaal, zoals mogelijk kankerverwekkende extracellulaire blaasjes, sneller en nauwkeuriger te vangen met behulp van geavanceerde plasmonische nanopincetten.



De praktijk van Justus Ndukaife, assistent-professor elektrotechniek, en Chuchuan Hong, een onlangs afgestudeerde Ph.D. student van de Ndukaife Research Group, en momenteel een postdoctoraal onderzoeker aan de Northwestern University, is gepubliceerd in Nature Communications .

Optische pincetten zijn, zoals erkend met de Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2018, bedreven gebleken in het manipuleren van materie op micronschaal, zoals biologische cellen. Maar hun effectiviteit neemt af als het om objecten op nanoschaal gaat. Deze beperking komt voort uit de diffractielimiet van licht die focussering van licht op nanoschaal verhindert.

Een baanbrekend concept in de nanowetenschap, genaamd plasmonics, wordt gebruikt om de diffractielimiet te overschrijden en licht tot de nanoschaal te beperken. Het vangen van objecten op nanoschaal in de buurt van plasmonische structuren kan echter een langdurig proces zijn vanwege het wachten tot nanodeeltjes de structuren willekeurig naderen.

Maar Ndukaife en Hong hebben een snellere oplossing geboden met de introductie van een plasmonische nanotweezer-technologie met hoge doorvoer, genaamd "Geometry-Induced Electrohydrodynamic Tweezers" (GET), die het snel en parallel vangen en positioneren van afzonderlijke biologische objecten op nanoschaal, zoals extracellulaire blaasjes, mogelijk maakt. plasmonische holtes in enkele seconden zonder schadelijke verwarmingseffecten.

"Deze prestatie markeert een belangrijke wetenschappelijke mijlpaal en luidt een nieuw tijdperk in voor optische vangst op nanoschaal met behulp van plasmonics", zegt Ndukaife. "De technologie kan worden gebruikt om afzonderlijke extracellulaire blaasjes met een hoge doorvoersnelheid op te vangen en te analyseren om hun fundamentele rol bij ziekten zoals kanker te begrijpen."

Ndukaife heeft onlangs een artikel gepubliceerd in Nano Letters waarin het gebruik van optische anapolen wordt besproken om extracellulaire blaasjes en deeltjes van nanogrootte effectiever op te vangen om hun rol bij kanker en neurodegeneratieve ziekten te analyseren.

Meer informatie: Chuchuan Hong et al, Schaalbare vangst van afzonderlijke extracellulaire blaasjes van nanogrootte met behulp van plasmonics, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40549-7

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie , Nanobrieven

Aangeboden door Vanderbilt University




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe ingewikkelde patronen ontstaan ​​in zich ontwikkelende weefsels
  2. Hoe communiceren vogels? Netwerkwetenschappelijke modellen openen nieuwe mogelijkheden voor experts
  3. In het verleden werpen helpt de toekomst van de visserij te onthullen
  4. Onderzoekers reconstrueren het genoom van de gemeenschappelijke voorouder van alle zoogdieren
  5. Hoe kakkerlakken zich over de hele wereld verspreidden en uitgroeiden tot de plaag die we vandaag de dag kennen
  6. DNA-sterke binding:een langdurige verbintenis of veel korte relaties?
  7. Pogingen om te vangen, red het bedreigde einde van de bruinvis in Mexico
  8. Gerst is de smaak van de maand, aangezien nieuwe studie het eeuwenoude brouwdebat beslecht
  9. Onderzoekers in Portugal ontwikkelen een AI-platform voor beeldanalyse om wereldwijd onderzoek te stimuleren

Wetenschap