A medida que la ciencia y la tecnología avanzan en la utilización de lo nano para sus investigaciones, los científicos buscan nuevas herramientas para manipular, observar y modificar los «bloques de construcción» de la materia a escala nanométrica. Con esto en mente, la reciente publicación en la revista Nature Nanotechnology ( «manipulación tridimensional con nanopinzas ópticas para la exploración de campo cercano «)  en que los investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)  de Barcelona demuestran por primera vez la capacidad de utilizar las pinzas ópticas de campo cercano para atrapar un objeto de nano tamaño y manipularlo en las 3 dimensiones del espacio, es un logro emocionante.

Las pinzas más pequeñas del mundo, capaces de atrapar un solo virus o molécula podrían ser una gran ayuda para los científicos que quieren manipular muestras biológicas o construir pequeñas estructuras de nanocristales, explica el físico Mathieu Juan de la Universidad Macquarie  de Sydney. Y añade, » Que yo sepa, estas son las pinzas más pequeñas jamás construidas .Van a permitir que las personas manipulen, escaneen y se muevan alrededor de objetos muy pequeños, como los virus. «

Prueba del dispositivo

Juan y sus co- autores, dirigidos por Romain Quidant profesor ICREA  y líder en el ICFO del grupo de investigación Plasmon Nano -Optics, describen la tecnología en la publicación. A diferencia de las pinzas anteriores, el nuevo dispositivo utiliza un haz altamente concentrado de luz para agarrar y manipular objetos. Los investigadores enfocaron un haz de luz láser a través de una nano-fibra óptica móvil, recubierta de metal. En la punta de la fibra crearon una apertura en forma de una pajarita, hecha de dos triángulos superpuestos. Es la forma de esta abertura la que permite que el haz de luz se controle con tal » exquisita precisión «, dice Juan.

El dispositivo se basa en un mecanismo conocido como » acción de auto – inducción repetida «, explica. En esencia, esto significa que las pinzas ópticas están diseñadas para auto-adaptar su propia forma a la presencia del objeto que están recogiendo. «En otras palabras, el espécimen atrapado desempeña un papel activo en el mecanismo de captura «, escriben los autores.

En el punto de encuentro de los dos triángulos de la “pajarita”, se genera una fuerza muy suave, que no da lugar a ningún aumento de temperatura que podría dañar una molécula biológica,  explica Juan.

Los investigadores informaron  que han utilizado el dispositivo para recoger y mover una esfera de plástico sólo 50 nanómetros de ancho – una milésima del ancho de un cabello humano. En el transcurso de varios minutos, fueron capaces de mover la esfera atrapada a lo largo de grandes distancias.

«Esta fue una prueba de concepto «, señala Juan. «Lo más probable es que podamos avanzar aun más lejos, yendo a los objetos aún más pequeños como las moléculas biológicas. «

Antecedentes históricos

Los científicos han estado buscando maneras de observar y manipular objetos cada vez más pequeños, sobre todo en las ciencias biológicas, donde las estructuras frágiles son fácilmente destruidas por el calor o la presión física. En primer lugar porque un microscopio óptico convencional no es capaz de visualizar una sola molécula y en segundo lugar, porque las limitaciones físicas de nuestras pinzas convencionales simplemente no son capaces de agarrar o manipular objetos tan pequeños.

Inventada en los Laboratorios Bell en la década de los 80, la captura óptica original demostró una gran capacidad para atrapar y manipular pequeños objetos de dimensiones de tamaño micrométrico usando luz láser. Haciendo brillar una luz láser a través de una lente, es posible enfocar la luz en un pequeño punto, creando una fuerza de atracción debido al gradiente de la intensidad de la luz del láser y de este modo atraer un objeto o muestra y mantenerlo en el lugar o punto de enfoque.

Limitaciones

A pesar de que las pinzas ópticas habían cambiado para siempre el campo de la óptica tanto de biología como cuántica, la técnica presentaba importantes limitaciones, como por ejemplo su incapacidad para atrapar directamente objetos más pequeños que unos pocos cientos de nanómetros. Este inconveniente llevó a la búsqueda de nuevos métodos de nano- pinzas basados ​​en plasmónica, capaces de atrapar objetos de nano – escala, tales como proteínas o nanopartículas sin sobrecalentar ni dañar la muestra. Hace unos años, los investigadores del ICFO demostraron que, al enfocar la luz en una pequeña nano – estructura de oro colocada en una superficie de vidrio que actúa como una nano- lente, se podía atrapar una muestra en el área de metal cercana al punto donde se concentra la luz. Esta prueba de concepto se limitaba  a demostrar el mecanismo, pero no permitía ningún tipo de manipulación en 3D necesaria para las aplicaciones prácticas.

Futuro

Romain Quidant, comenta que » esta técnica podría revolucionar el campo de la nanociencia , ya que, por primera vez , hemos demostrado que es posible atrapar , manipular en 3D y liberar un solo nano – objeto sin ejercer ningún contacto mecánico u otra acción invasiva «.Y añade,  «Se prevé que este enfoque no invasivo permita abrir nuevos horizontes en las nanociencias, ofreciendo un nivel de control sin precedentes de objetos de tamaño nanométrico, incluyendo muestras biológicas a nivel unimolecular o de tamaño de un virus sensibles al calor. «

Es potencialmente atractiva en el campo de la medicina como una herramienta para comprender mejor los mecanismos biológicos que subyacen a la aparición de enfermedades. Asimismo, abre un prometedor horizonte en el contexto de las nanotecnologías para ensamblar futuros dispositivos en miniatura, entre otras interesantes aplicaciones potenciales.

Fuente: ICFO- Instituto de Ciencias Fotónicas

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