Gli ingegneri della Duke University hanno ideato un sistema per manipolare le particelle che si avvicinano al minuscolo diametro di 2,5 nanometri del DNA utilizzando campi elettrici indotti dal suono. Soprannominate "nanopinzette acustoelettroniche, " l'approccio fornisce un'etichetta senza etichetta, metodo dinamicamente controllabile per spostare e intrappolare le nanoparticelle su una vasta area. La tecnologia è promettente per applicazioni in campi che vanno dalla fisica della materia condensata alla biomedicina.

La ricerca appare online il 22 giugno in Comunicazioni sulla natura .

Il controllo preciso delle nanoparticelle è un'abilità cruciale per molte tecnologie emergenti. Per esempio, separare gli esosomi e altre minuscole molecole biologiche dal sangue potrebbe portare a nuovi tipi di test diagnostici per la diagnosi precoce di tumori e malattie neurodegenerative. Il posizionamento di nanoparticelle ingegnerizzate in uno schema specifico prima di fissarle in posizione può aiutare a creare nuovi tipi di materiali con proprietà altamente modulabili.

Da più di un decennio, Tony Jun Huang, il William Bevan Distinguished Professor di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke, ha perseguito sistemi di pinzette acustiche che utilizzano onde sonore per manipolare le particelle. Però, diventa difficile far girare le cose con il suono quando il loro profilo scende al di sotto di quello di alcuni dei virus più piccoli.

"Anche se fondamentalmente stiamo ancora usando il suono, le nostre nanopinze acustoelettroniche utilizzano un meccanismo molto diverso rispetto a queste tecnologie precedenti, " disse Giuseppe Rufo, uno studente laureato che lavora nel laboratorio di Huang. "Ora non stiamo solo sfruttando le onde acustiche, ma campi elettrici con le proprietà delle onde acustiche."

Invece di usare le onde sonore per spostare direttamente le nanoparticelle, Huang, Rufo e Peiran Zhang, un postdoc nel laboratorio di Huang, utilizzare le onde sonore per creare campi elettrici che forniscono la spinta. Il nuovo approccio a pinzette acustoelettroniche funziona posizionando un substrato piezoelettrico, un materiale sottile che crea elettricità in risposta allo stress meccanico, sotto una piccola camera piena di liquido. Quattro trasduttori sono allineati sui lati della camera, che inviano onde sonore nel substrato piezoelettrico.

Queste onde sonore rimbalzano e interagiscono tra loro per creare uno schema stabile. E poiché le onde sonore creano sollecitazioni all'interno del substrato piezoelettrico, creano anche campi elettrici. Questi si accoppiano con le onde acustiche in un modo che crea schemi di campo elettrico all'interno della camera sopra.

"Le vibrazioni delle onde sonore fanno anche alternare dinamicamente il campo elettrico tra cariche positive e negative, " ha detto Zhang. "Questo campo elettrico alternato polarizza le nanoparticelle in un liquido, che serve da maniglia per manipolarli."

Il risultato è un meccanismo che mescola alcuni dei punti di forza di altri manipolatori di nanoparticelle. Poiché le nanopinzette acustoelettroniche inducono una risposta elettromagnetica nei nanomateriali, le nanoparticelle non hanno bisogno di essere conduttive da sole o etichettate con alcun tipo di modificatore. E poiché i modelli sono creati con onde sonore, le loro posizioni e proprietà possono essere modificate rapidamente e facilmente per creare una varietà di opzioni.

Nel prototipo, i ricercatori mostrano le nanoparticelle disposte in modelli a strisce ea scacchiera. Spingono persino le singole particelle in modo dinamico in modo arbitrario, compitare lettere come D, tu, K ed E. I ricercatori dimostrano quindi che questi nano-pattern allineati possono essere trasferiti su pellicole secche utilizzando delicate nanoparticelle come i nanotubi di carbonio, Proteine ​​da 3,5 nanometri e destrano da 1,4 nanometri spesso utilizzati nella ricerca biomedica. E mostrano che tutto questo può essere realizzato su un'area di lavoro che è da decine a centinaia di volte più grande delle attuali tecnologie di nanotweezing all'avanguardia.