Utilizzando un metamateriale, il gruppo intrappola le nanoparticelle. Credito:Okinawa Institute of Science and Technology
A solo 1/1000 di millimetro, le nanoparticelle sono impossibili da vedere ad occhio nudo. Ma, nonostante sia piccolo, sono estremamente importanti in molti modi. Se gli scienziati vogliono esaminare da vicino il DNA, proteine, o virus, quindi essere in grado di isolare e monitorare le nanoparticelle è essenziale.
L'intrappolamento di queste particelle implica la focalizzazione di un raggio laser in un punto che produce un forte campo elettromagnetico. Questo raggio può contenere particelle proprio come un paio di pinzette ma, Sfortunatamente, ci sono restrizioni naturali a questa tecnica. Le più notevoli sono le restrizioni sulla dimensione:se la particella è troppo piccola, la tecnica non funzionerà. Ad oggi, le pinzette ottiche non sono state in grado di trattenere particelle come singole proteine, che hanno solo pochi nanometri di diametro.
Ora, grazie ai recenti progressi della nanotecnologia, i ricercatori dell'Unità Interazioni luce-materia per le tecnologie quantistiche dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno sviluppato una tecnica per l'intrappolamento preciso delle nanoparticelle. In questo studio, hanno superato le restrizioni naturali sviluppando pinzette ottiche basate su metamateriali, un materiale sintetico con proprietà specifiche che non si trovano in natura. Questa è stata la prima volta che questo tipo di metamateriale è stato utilizzato per l'intrappolamento di singole nanoparticelle.
Gli anelli divisi asimmetrici hanno intrappolato con successo particelle di polistirene da 20 nm in determinate regioni. Credito:Okinawa Institute of Science and Technology
"Essere in grado di manipolare o controllare queste piccole particelle è fondamentale per i progressi della scienza biomedica, " ha spiegato la dottoressa Domna Kotsifaki, scienziato del personale dell'Unità OIST e primo autore del documento di ricerca pubblicato in Nano lettere . Il Dr. Kotsifaki ha continuato spiegando che l'intrappolamento di queste nanoparticelle potrebbe consentire ai ricercatori di vedere la progressione del cancro, per sviluppare farmaci efficaci, e per far progredire l'imaging biomedico. "Le potenziali applicazioni per la società sono di vasta portata".
Questa nuova tecnica ha due abilità ricercate:può intrappolare stabilmente le nanoparticelle utilizzando una potenza laser a bassa intensità e può essere utilizzata per un lungo periodo evitando danni alla luce del campione. La ragione di ciò era il metamateriale che i ricercatori hanno scelto di utilizzare. Questo metamateriale è molto sensibile ai cambiamenti nell'ambiente circostante e, perciò, consente l'uso di potenza laser a bassa intensità.
"I metamateriali hanno proprietà insolite grazie al loro design e struttura unici. Ma questo li rende molto utili. Negli ultimi anni, da essi è stata creata una nuova era di dispositivi con nuovi concetti e potenziali applicazioni, " ha spiegato il dottor Kotsifaki. "Dal metamateriale, abbiamo fabbricato una serie di anelli divisi asimmetrici usando un fascio di ioni:minuscoli, particelle cariche, su un film d'oro da 50 nm."
La dottoressa Domna Kotsifaki mostra come viene condotto il loro esperimento. Credito:Okinawa Institute of Science and Technology
Per verificare se la tecnica ha funzionato, il gruppo di ricerca ha illuminato il dispositivo con luce nel vicino infrarosso e ha intrappolato particelle di polistirene da 20 nm in determinate regioni.
Il dottor Kotsifaki e colleghi stavano cercando la rigidità della trappola, che è una misura delle prestazioni di cattura. "Le prestazioni di intrappolamento ottenute sono state diverse volte migliori di quelle delle pinzette ottiche convenzionali e le più alte riportate fino ad oggi, per quanto ne sappiamo, " ha spiegato. "Come primo gruppo a utilizzare questo dispositivo per l'intrappolamento di precisione delle nanoparticelle, è stato gratificante contribuire a tali progressi in quest'area di ricerca."
Il team di ricerca ora prevede di modificare il proprio dispositivo per vedere se queste pinzette possono essere utilizzate nelle applicazioni del mondo reale. Nello specifico, nel futuro, questo dispositivo potrebbe essere utilizzato per creare tecnologie lab-on-chip, che sono tenuti in mano, strumenti diagnostici in grado di fornire risultati in modo efficiente ed economico. Accanto alle sue applicazioni nella scienza biomedica, questa ricerca ha fornito nuove e fondamentali intuizioni sulla nanotecnologia e sul comportamento della luce su scala nanometrica.
