工程師制造微米級的光鑷

2018年，開發光學鑷子的物理學家Arthur Ashkin獲得了諾貝爾獎的一半，他使用了緊密聚焦的激光束來隔離和移動微米級的物體(紅血球的大小)。現在，范德比爾特大學電氣工程學助理教授Justus Ndukaife已開發出首個光熱電鑷子，即光學納米鑷子，它可以捕獲和操縱更小的物體。

8月31日，《用光熱電流體動力鑷子截留并捕獲亞10納米以下物體和生物分子的文章》在線發表在《自然納米技術》雜志上。

該文章由Ndukaife以及正在Ndukaife實驗室進行研究的研究生Chuchu Hong和Sen Yang撰寫。

微米級光鑷代表了生物學研究的重大進步，但其可使用的物體尺寸有限。這是因為用作光學鑷子鉗的激光束只能將激光聚焦到一定直徑(大約是激光波長的一半)。對于波長為700納米的紅光，鑷子只能使用低功率聚焦和操縱直徑約為350納米或更大的物體。當然，尺寸是相對的，因此，雖然350納米的尺寸非常小，但它會排除甚至更小的分??子，例如病毒，其尺寸為100納米，或者DNA和蛋白質的尺寸小于10納米。

Ndukaife用OTET建立的技術在激光束和它所捕獲的分子之間留下了幾微米的距離，這是這些新型細鑷子如何工作的另一個重要因素。恩杜卡菲說：“我們已經制定了一種策略，使我們能夠鉗制極小的物體，而不會將其暴露于會破壞分子功能的高強度光或熱中。” “捕獲和操縱如此小的物體的能力使我們能夠了解我們的DNA和其他生物分子在單個層面上表現得非常詳細的方式。”

在OTET之前，只能使用高速離心機分離諸如細胞外囊泡之類的分子。但是，該技術的高成本阻礙了其廣泛采用。另一方面，OTET有潛力被預算較小的研究人員廣泛使用。鑷子還可以根據物體的大小對物體進行分類，這在尋找特定的外泌體時很重要，外泌體是細胞分泌的細胞外囊泡，可能導致癌癥轉移。外泌體的大小范圍為30到150納米，對特定外泌體的分類和研究通常被證明具有挑戰性。

Ndukaife設想的OTET的其他應用包括通過捕獲病毒來檢測病原體，以研究和研究有助于與神經退行性疾病(如阿爾茨海默氏病)相關的蛋白質。這兩種應用都可能有助于早期發現疾病，因為鑷子可以有效捕獲低水平的分子，這意味著在研究引起疾病的分子之前不必先全面研究疾病。OTET也可以與其他研究技術相結合，例如生物熒光和光譜學。

Ndukaife說：“在OTET的應用方面，天空是極限。”與技術轉讓和商業化中心合作，就該技術申請專利的Ndukaife說。“我期待看到其他研究人員如何在其工作中利用其功能。”