Baš kao što Jediji u Ratovima zvijezda koriste "silu" kako bi objektima upravljali iz daljine, tako i znanstvenici mogu koristiti svjetlost, "optičku silu", za pomicanje vrlo malih čestica.

Metoda je toliko revolucionarna da je Arthuru Ashkinu, izumitelju optičke pincete čije laserske hvataljke mogu dohvatiti čestice, atome, viruse i druge živuće stanice, 2018. dodijeljena Nobelova nagrada za fiziku.

Manipuliranje česticama

Optičke pincete koriste se u biologiji, medicini i znanosti o materijalima za sastavljanje i manipulaciju raznim nanočesticama, poput atoma zlata. Ova tehnologija oslanja se na razlike u lomnim svojstvima zarobljene čestice i njenog okoliša.

No, sad su znanstvenici otkrili novu tehniku ​​koja im omogućuje manipuliranje česticama koje imaju ista svojstva optičkog loma kao i pozadinsko okruženje, a kako točno djeluje opisano je u studiji, upravo objavljenoj u časopisu Nature Nanotechnology.

"Ovo otkriće ima ogroman potencijal, posebno u područjima poput medicine", smatra vodeći koautor istraživanja dr. Fan Wang sa Sveučilišta za tehnologiju u Sydneyu (UTS).

"Sposobnost potiskivanja, povlačenja i mjerenja sila mikroskopskih predmeta unutar stanica, poput niti DNK ili unutarstaničnih enzima, mogla bi dovesti do napretka u razumijevanju i liječenju mnogih različitih bolesti poput dijabetesa ili raka."

Prednosti nove metode

Tradicionalne mehaničke mikro-sonde, kakve se koriste za manipulaciju stanicama, prilično su invazivne, a njihova razlučivost pozicioniranja je niska. One mogu mjeriti samo stvari poput krutosti stanične membrane, ali ne i silu molekularnih motornih proteina unutar stanice, objašnjavaju australski istraživači.

Stoga je tim sa Sveučilišta u Sydneyju razvio jedinstvenu metodu za kontrolu lomnih svojstava i luminiscencije nanočestica dopiranjem nanokristala ionima rijetkih zemnih metala.

Prevladavši ovaj prvi temeljni izazov, tim je zatim optimizirao koncentraciju iona kako bi nanočestice hvatao znatno nižim razinama energije, uz 30 puta veću učinkovit.

"Potrebne su stotine milivata laserske snage da biste uhvatili česticu zlata od 20 nanometara. Pomoću naše nove tehnologije možemo zarobiti 20 nanometarskih čestica koristeći desetke milivata", objašnjava Xuchen Shan, prvi koautor i doktorand na UTS-ovoj Školi za elektrotehniku ​​i podatke.

Njihova optička pinceta postigla je rekordno visok stupanj osjetljivosti, "krutosti" na nanočestice u vodenoj otopini. Pritom je generirana toplina bila zanemariva u usporedbi sa starijim metodama. 

Hvatanje živih stanica

Znanstvenici sad razmišljaju o razvoju visoko učinkovite sonde nanorazmjernih sila koja bi ciljala unutarstanične strukture i organele i omogućavala njihovu manipulaciju. Usavršene optičke pincete otvaraju mogućnost funkcionalnog slikanja unutarstanične biomehanike superrezolucijom.

"Čim odgovorimo na temeljna znanstvena pitanja i otkrijemo nove mehanizme fotonike i znanosti o materijalima, krećemo u njihovu primjenu", najavljuju australski istraživači. "Ovaj napredak omogućit će nam upotrebu niže snage i manje invazivnih načina hvatanja nanoskopskih predmeta, poput živih stanica i unutarstaničnih odjeljaka, za visoko precizne manipulacije i mjerenje biomehanike u nano razmjerima."