Инженеры создали микронные оптические пинцеты

В 2018 году половина Нобелевской премии была присуждена Артуру Эшкину, физику, разработавшему оптические пинцеты — метод использования сфокусированного лазерного луча для изоляции и перемещения объектов микронного масштаба (размером с эритроциты). Теперь Джастас Ндукаифе, доцент электротехники в Университете Вандербильта, разработал первые в мире опто-термо-электрогидродинамические пинцеты (OTET), оптические нанопинцеты, способные захватывать и манипулировать объектами в ещё меньшем масштабе.

Статья «Stand-off trapping and manipulation of sub-10 nm objects and biomolecules using opto-thermo-electrohydrodynamic tweezers» была опубликована онлайн в журнале Nature Nanotechnology 31 августа.

Ограничения классических оптических пинцетов

Микронные оптические пинцеты стали значительным прорывом в биологических исследованиях, но ограничены размером объектов, с которыми могут работать. Это связано с тем, что лазерный луч, выступающий в роли захвата, можно сфокусировать только до определённого диаметра (около половины длины волны лазера). В случае красного света с длиной волны 700 нанометров пинцет может манипулировать объектами диаметром примерно 350 нанометров и больше. Это исключает более мелкие молекулы, такие как вирусы (~100 нм), ДНК и белки (менее 10 нм).

Принцип работы OTET

Новая техника OTET оставляет расстояние в несколько микрон между лазерным лучом и захватываемой молекулой. Это ключевой элемент, позволяющий избежать повреждения объектов.

«Мы разработали стратегию, которая позволяет нам захватывать чрезвычайно малые объекты, не подвергая их воздействию света высокой интенсивности или тепла, которые могут повредить функцию молекулы», — сказал Ндукаифе.

Преимущества и применения

• Доступность: В отличие от дорогих высокоскоростных центрифуг, используемых для изоляции молекул (например, внеклеточных везикул), OTET имеет потенциал для широкого внедрения в лабораториях с меньшим бюджетом.
• Сортировка: Пинцеты могут сортировать объекты по размеру, что важно при поиске специфических экзосом (30–150 нм), способствующих метастазированию рака.
• Ранняя диагностика: Технология позволяет эффективно захватывать низкие концентрации молекул, что открывает возможности для раннего обнаружения патогенов (вирусов) или исследования белков, связанных с нейродегенеративными заболеваниями (например, болезнью Альцгеймера).
• Совместимость: OTET можно комбинировать с другими методами, такими как биофлуоресценция и спектроскопия.

«Возможности применения OTET безграничны, — сказал Ндукаифе, запатентовавший технологию. — Я с нетерпением жду, как другие исследователи используют её в своей работе».