Tre anni fa, Arthur Ashkin ha vinto il premio Nobel per aver inventato le pinzette ottiche, che utilizzano la luce sotto forma di raggio laser ad alta potenza per catturare e manipolare le particelle. Nonostante sia stato creato decenni fa, le pinzette ottiche portano ancora a importanti scoperte e sono ampiamente utilizzate oggi per studiare i sistemi biologici.

Però, le pinzette ottiche hanno dei difetti. L'interazione prolungata con il raggio laser può alterare molecole e particelle o danneggiarle con calore eccessivo.

I ricercatori dell'Università del Texas ad Austin hanno creato una nuova versione della tecnologia delle pinzette ottiche che risolve questo problema, uno sviluppo che potrebbe aprire gli strumenti già apprezzati a nuovi tipi di ricerca e semplificare i processi per utilizzarli oggi.

La svolta che evita questo problema di surriscaldamento nasce dalla combinazione di due concetti:l'utilizzo di un substrato composto da materiali che si raffreddano quando su di essi viene illuminata (in questo caso, un laser); e un concetto chiamato termoforesi, un fenomeno in cui le particelle mobili gravitano comunemente verso un ambiente più freddo.

I materiali più freddi attirano le particelle, rendendoli più facili da isolare, proteggendoli anche dal surriscaldamento. Risolvendo il problema del calore, le pinzette ottiche potrebbero diventare più ampiamente utilizzate per studiare le biomolecole, DNA, malattie e altro.

"Le pinzette ottiche hanno molti vantaggi, ma sono limitati perché ogni volta che la luce cattura gli oggetti, si scaldano, " ha detto Yuebing Zheng, l'autore corrispondente di un nuovo articolo pubblicato in Progressi scientifici e professore associato presso il Dipartimento di ingegneria meccanica Walker. "Il nostro strumento affronta questa sfida critica; invece di riscaldare gli oggetti intrappolati, li abbiamo controllati a una temperatura più bassa."

Le pinzette ottiche fanno la stessa cosa delle normali pinzette:raccolgono piccoli oggetti e li manipolano. Però, le pinzette ottiche funzionano su una scala molto più piccola e usano la luce per catturare e spostare gli oggetti.

L'analisi del DNA è un uso comune delle pinzette ottiche. Ma per farlo è necessario attaccare perle di vetro di dimensioni nanometriche alle particelle. Quindi per spostare le particelle, il laser brilla sulle perline, non le particelle stesse, perché il DNA verrebbe danneggiato dall'effetto di riscaldamento della luce.

"Quando sei costretto ad aggiungere più passaggi al processo, aumenti l'incertezza perché ora hai introdotto qualcos'altro nel sistema biologico che potrebbe avere un impatto su di esso, " ha detto Zheng.

Questa versione nuova e migliorata delle pinzette ottiche elimina questi passaggi aggiuntivi.

I prossimi passi del team includono lo sviluppo di sistemi di controllo autonomi, rendendoli più facili da usare per le persone senza una formazione specializzata ed estendendo le capacità delle pinzette per gestire fluidi biologici come sangue e urina. E stanno lavorando per commercializzare la scoperta.

Zheng e il suo team hanno molta varietà nelle loro ricerche, ma è tutto incentrato sulla luce e su come interagisce con i materiali. A causa di questa attenzione alla luce, ha seguito da vicino, e usato, pinzette ottiche nella sua ricerca. I ricercatori avevano familiarità con la termoforesi e speravano di poterla attivare con materiali più freddi, che attirerebbe effettivamente le particelle al laser per semplificare l'analisi.