Pinzas ópticas para nano-objetos

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¿Podemos imaginar a un elefante tratando de coger un objeto del tamaño de una aguja con su gigantesca pata?

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

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A medida que la ciencia y tecnología se hacen cada vez más nano, los científicos buscan nuevas herramientas para manipular, observar y modificar los “bloques constituyentes” de la materia a escala nanométrica.

Teniendo esto presente, la reciente publicación hoy en la revista Nature Nanotechnology, en el que los investigadores del ICFO demuestran por primera vez la capacidad de utilizar las pinzas ópticas de campo cercano para atrapar un objeto de tamaño nanométrico y manipularlo en las tres dimensiones del espacio, es un logro de gran importancia.

Romain Quidant, profesor ICREA y líder del grupo de investigación Plasmon Nano-Optics en el ICFO comenta que “esta técnica podría revolucionar el campo de la nanociencia, ya que, por primera vez, hemos demostrado que es posible atrapar, manipular en 3D y liberar un solo nano-objeto sin ejercer ningún contacto mecánico u otra acción invasiva”.

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¿Podemos imaginar a un elefante tratando de coger un objeto del tamaño de una aguja con su gigantesca pata? Es evidente que sería un enorme desafío, por no decir imposible, debido al tamaño enorme del elefante en comparación con el de la aguja. Imaginemos ahora que nuestra aguja es una sola molécula o un pequeño objeto del tamaño de unos pocos nanómetros y nosotros, con nuestras herramientas convencionales, necesitamos atrapar y manipular el objeto con el fin de, por ejemplo, estudiar y comprender su implicación en el desarrollo de una enfermedad. Ahora bien, nosotros tenemos el mismo problema que el elefante ya que, en primer lugar, un microscopio óptico convencional no tiene la capacidad de resolución para ver una sola molécula y en segundo lugar, porque las limitaciones físicas de nuestras pinzas convencionales simplemente impiden que éstas sean capaces de coger o manipular objetos tan pequeños.

El concepto de captura óptica original, inventado en los Laboratorios Bell en la década de los años 80, demostró una gran capacidad para atrapar y manipular pequeños objetos de dimensiones micrométricas usando luz láser. Por medio de la incidencia de luz láser a través de una lente, es posible enfocar la luz en un pequeño punto, creando una fuerza de atracción debido al gradiente de la intensidad de la luz del láser y así atraer un objeto o espécimen y lograr mantenerlo en el lugar de enfoque.

A pesar de que las pinzas ópticas han revolucionado para siempre el campo de la óptica cuántica y la biología óptica, la técnica tiene ciertas limitaciones importantes, siendo una de  ellas su incapacidad para directamente atrapar objetos más pequeños que unos pocos cientos de nanómetros. Por ende, este inconveniente llevó a la búsqueda de nuevos métodos para estas nano-pinzas, basadas en plasmónica, para lograr que estas fueran capaces de atrapar objetos a nano-escala, tales como proteínas o nano-partículas, evitando sobrecalentar y dañar la muestra. Hace unos años, los investigadores del ICFO han demostrado que, al enfocar luz en una pequeña nano-estructura de oro colocada sobre una superficie de vidrio que actúa como una nano-lente, ésta era capaz de atrapar un ejemplar en la vecindad del metal donde se concentra la luz. Esta prueba de concepto se limitó a demostrar el mecanismo, pero no permitía ningún tipo de manipulación en 3D necesaria para aplicaciones prácticas

Recientemente, los investigadores del ICFO han logrado dar un paso crucial al implementar el concepto de las nano-pinzas plasmónicas al extremo de una fibra óptica móvil, nano-fabricada con una apertura de oro con forma de corbata de lazo. Por medio del uso de este concepto, los científicos han demostrado la captura y el desplazamiento en 3D de muestras tan pequeñas, de unas pocas decenas de nanómetros, utilizando un láser no-invasivo con una intensidad extremadamente pequeña.

El gran potencial que presenta esta técnica reside en que tanto la captura como el seguimiento de la muestra atrapada puede realizarse a través de la fibra óptica, la cual manipula al nano-objeto de una forma muy simple y manejable, incluso en ambientes fuera del laboratorio de investigación.

Esta técnica abre un enorme abanico a nuevas direcciones en investigación que requieren de técnicas de manipulación no-invasivas de objetos extremadamente pequeños, como podrían ser moléculas o virus. Es potencialmente atractivo para el campo de la medicina como una herramienta para comprender mejor los mecanismos biológicos detrás de la formación de enfermedades.

Asimismo, muestra ser una técnica prometedora en el contexto de las nanotecnologías para el ensamble de futuros dispositivos en miniatura, entre otras aplicaciones interesantes y de gran potencial.

Esta investigación ha sido posible gracias al apoyo financiero del Consejo Europeo de Investigación a través de la subvención Plasmolight; no. 259196 y la Fundación Privada Cellex.

 

 

 

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