Nel 2018, metà del Premio Nobel è stato assegnato ad Arthur Ashkin, il fisico che sviluppò pinzette ottiche, l'uso di un raggio laser ben focalizzato per isolare e spostare oggetti di dimensioni micron (le dimensioni dei globuli rossi). Ora Justus Ndukaife, assistente professore di ingegneria elettrica presso la Vanderbilt University, ha sviluppato le prime pinzette opto-termo-elettroidrodinamiche, nanopinzette ottiche in grado di intrappolare e manipolare oggetti su scala ancora più piccola.

L'articolo, "Intrappolamento e manipolazione di oggetti e biomolecole sub-10 nm utilizzando pinzette opto-termo-elettroidrodinamiche" è stato pubblicato online sulla rivista Nanotecnologia della natura il 31 agosto.

L'articolo è stato scritto da Ndukaife e dagli studenti laureati Chuchuan Hong e Sen Yang, che stanno conducendo ricerche nel laboratorio di Ndukaife.

Le pinzette ottiche su scala micron rappresentano un progresso significativo nella ricerca biologica, ma sono limitate nelle dimensioni degli oggetti con cui possono lavorare. Questo perché il raggio laser che funge da pinza di una pinzetta ottica può focalizzare la luce laser solo su un certo diametro (circa la metà della lunghezza d'onda del laser). Nel caso della luce rossa con una lunghezza d'onda di 700 nanometri, la pinzetta può mettere a fuoco e manipolare solo oggetti con un diametro di circa 350 nanometri o superiore utilizzando una bassa potenza. Certo, la dimensione è relativa, quindi mentre una dimensione di 350 nanometri è estremamente piccola, lascia fuori le molecole ancora più piccole come i virus, che arrivano a 100 nanometri, o DNA e proteine ​​che misurano meno di 10 nanometri.

La tecnica che Ndukaife ha stabilito con OTET lascia diversi micron tra il raggio laser e la molecola che sta intrappolando, un altro elemento importante di come questi nuovi, piccole pinzette funzionano. "Abbiamo sviluppato una strategia che ci consente di pizzicare oggetti estremamente piccoli senza esporli a luce o calore ad alta intensità che possono danneggiare la funzione di una molecola, " ha detto Ndukaife. "La capacità di intrappolare e manipolare oggetti così piccoli ci dà la capacità di capire il modo in cui il nostro DNA e altre molecole biologiche si comportano in modo molto dettagliato, a un livello singolare».

Prima di OTET, molecole come le vescicole extracellulari potevano essere isolate solo usando centrifughe ad alta velocità. Però, l'alto costo della tecnologia ha inibito un'ampia adozione. OTET, d'altra parte, ha il potenziale per diventare ampiamente disponibile per i ricercatori con budget ridotti. Le pinzette possono anche ordinare gli oggetti in base alle loro dimensioni, un approccio importante quando si cercano esosomi specifici, vescicole extracellulari secrete dalle cellule che possono causare metastasi del cancro. Gli esosomi hanno dimensioni comprese tra 30 e 150 nanometri, e l'ordinamento e l'indagine di esosomi specifici si sono in genere rivelati impegnativi.

Altre applicazioni di OTET che Ndukaife prevede includono il rilevamento di agenti patogeni intrappolando i virus per lo studio e la ricerca di proteine ​​che contribuiscono alle condizioni associate a malattie neurodegenerative come l'Alzheimer. Entrambe le applicazioni potrebbero contribuire alla diagnosi precoce della malattia perché le pinzette possono catturare efficacemente bassi livelli di molecole, il che significa che una malattia non deve essere conclamata prima che le molecole che causano la malattia possano essere ricercate. OTET può anche essere combinato con altre tecniche di ricerca come la biofluorescenza e la spettroscopia.

"Il cielo è il limite quando si tratta delle applicazioni di OTET, " disse Ndukaife, che ha collaborato con il Center for Technology Transfer and Commercialization per depositare un brevetto su questa tecnologia. "Non vedo l'ora di vedere come altri ricercatori sfruttano le sue capacità nel loro lavoro".