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» » » Las nano-pinzas ópticas se hacen con el control de los nano-objetos

Referencia: EurekAlert.org .
Contacto: Alina Hirschmann, 2 marzo 2014

Los investigadores de ICFO han inventado unas pinzas nano-ópticas capaces de atrapar y mover un nano-objeto individual en las tres dimensiones espaciales utilizando solamente la fuerza de la luz.

Nano-pinzas plasmónicas. La imagen de la izquierda es del haz de electrones microscópico de la extremidad de las nano-pinzas plasmónicas. La de la derecha ilustra la captura de una nanopartícula en la abertura de lazo. Crédito: Instituto de Ciencias Fotónicas.
Como la ciencia y la tecnología van de la mano, los científicos buscan nuevas herramientas para manipular, observar y modificar los "bloques de construcción" de la materia a escala nanométrica. Con este propósito, en la reciente publicación en la revista Nature Nanotechnology, los investigadores de ICFO demuestran por primera vez la capacidad de utilizar pinzas ópticas para atrapar un objeto de tamaño nanométrico y manipularlo en las 3 dimensiones del espacio, es un logro emocionante. Romain Quidant, profesor de ICREA y líder en ICFO del grupo de investigación Plasmon Nano-Optics, comenta que, "esta técnica podría revolucionar el campo de la nanociencia, dado que por vez primera, hemos demostrado que es posible coger, liberar y manipular un solo nano-objeto sin ejercer ningún contacto mecánico ni ninguna otra acción invasiva.”

¿Te Imaginas un elefante tratando de agarrar un objeto del tamaño de una aguja con su pezuña gigantesca? Es evidente que esto sería un enorme desafío, si no imposible, dada la desproporcionada diferencia de tamaños. Ahora imaginemos que nuestra aguja es una sola molécula o un pequeño objeto del tamaño de unos pocos nanómetros, y nosotros, con nuestras herramientas convencionales, necesitamos cogerlo y manipularlo a fin de, por ejemplo, comprender su implicación en el desarrollo de un enfermedad. Tenemos el mismo problema, en primer lugar porque un microscopio óptico convencional no es capaz de visualizar una sola molécula y, en segundo lugar, porque las limitaciones físicas de nuestros convencionales pinzas, simplemente, no son capaces de agarrar o manipular objetos tan pequeños .

En la década de los 80, los Laboratorios Bell inventaron la captura óptica original, demostrando una gran capacidad para atrapar y manipular pequeños objetos de dimensiones micrométricas usando la luz láser. Mediante el brillo de una luz láser a través de una lente, es posible enfocar la luz en un pequeño punto, se crea una fuerza de atracción debido al gradiente de intensidad de la luz del láser, y así atraer a un objeto manteniéndolo en el punto de enfoque.

Mientras que las pinzas ópticas han cambiado para siempre el campo tanto de la biología como de la cuántica óptica, la técnica tiene limitaciones importantes, uno de ellas es su incapacidad para directamente atrapar los objetos más pequeños, de unos pocos cientos de nanómetros. Este inconveniente llevó a la búsqueda de nuevos métodos para las nano-pinzas basados ​​en la plasmónica, capaces de atrapar objetos de nano-escala, como proteínas o nanopartículas sin sobrecalentar ni dañar la muestra. Hace unos años, los investigadores de ICFO ya demostraron que, al centrarse la luz en una pequeña nano-estructura de oro, recostada sobre una superficie de vidrio que actúa como una nano-lente, uno puede atrapar una muestra entre la vecindad del metal donde se concentra la luz. Esta prueba de concepto se limita a demostrar el mecanismo, pero no permite ningún tipo de manipulación 3D necesaria para las aplicaciones prácticas .

Actualmente, investigadores de ICFO han llegado a un paso crucial más más de la aplicación del concepto de nano-pinzas plasmónicas en el extremo de una fibra óptica móvil, la nano-ingeniería con una apertura de oro a modo de lazo. El uso de este enfoque está demostrando que captura y desplaza muestras 3D tan pequeñas como de unas pocas decenas de nanómetros, utilizando una intensidad de láser extremadamente pequeña y no invasiva. En el centro del gran potencial de esta técnica está su capacidad tanto de captura como seguimiento de las muestras atrapadas a través de la fibra óptica, y realizando la manipulación de nano-objetos de una manera sencilla y manejable fuera del laboratorio de investigación física .

Esta técnica abre una gran cantidad de nuevas direcciones de investigación que requieran la manipulación no invasiva de objetos a nivel de molécula y virus. Es potencialmente atractiva en el campo de la medicina como herramienta idónea para comprender mejor los mecanismos biológicos que hay detrás de la aparición de enfermedades. Asimismo, guarda la promesa en el contexto de las nanotecnologías para ensamblar futuros dispositivos en miniatura, entre otras aplicaciones potenciales interesantes.



- Fuente: ICFO- Instituto de Ciencias Fotónicas .
- Esta investigación ha sido posible gracias al apoyo financiero del Consejo Europeo de Investigación a través de la  subvención de Plasmolight; no. 259196 y la Fundación Privada Cellex.
- Publicación: J. Berthelot, S. S. Acimovic, M. L. Juan, M. P. Kreuzer, J. Renger and R. Quidant, Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers, DOI: 10.1038/NNANO.2014.24 .
- Imagen: Nano-pinzas plasmónicas. La imagen de la izquierda es del haz de electrones microscópico de la extremidad de las nano-pinzas plasmónicas. La de la derecha ilustra la captura de una nanopartícula en la abertura de lazo. Crédito: Instituto de Ciencias Fotónicas.
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