Новий лазерний нано-пінцет дозволяє маніпулювати нанорозмірними об'єктами
У міру розвитку наук про нанотехнології і поступове впровадження отриманих знань в області промисловості вченим і дослідникам все більше потрібні спеціалізовані інструменти, за допомогою яких можна переміщати, спостерігати і обробляти частинки з різних матеріалів, розміри яких вимірюються нанометрами. Працюють у цьому напрямку дослідники з Інституту фотонних наук (Institute of Photonic Sciences, ICFO) продемонстрували розроблений ними лазерний польовий оптичний нано-пінцет, здатний захоплювати в пастку нанорозмірні об'єкти та переміщувати ці об'єкти в тривимірному просторі.
Уявіть собі слона, що намагається схопити своєю не дуже уклюжей кінцівкою який-небудь об'єкт, розміром з голку. Цілком ясно, що у нього це навряд чи вийде з-за величезної різниці в масштабах розмірів слона і об'єкта. А тепер уявіть, що цей об'єкт є молекулою або іншим об'єктом нанометрового масштабу, а на місці слона знаходяться люди, які намагаються зловити цей об'єкт за допомогою звичайних людських інструментів. Результат у другому випадку буде таким же, як і у слона з голкою, адже за допомогою звичайних оптичних мікроскопів не вийде побачити об'єкти настільки малого масштабу, а за допомогою звичайного пінцета не можна захоплювати і переміщати ці об'єкти.
Оптичний пінцет, винайдений науковцями лабораторії Bell Labs в 1980-х роках, цілком підходить для захоплювання і маніпулювання предметами як завгодно малих розмірів за допомогою світла лазера. Світло, фокусируемый за допомогою спеціальних лінз у дуже маленьку крапку, що створює притягають сили, обумовлені градієнтом сили світла. Ці сили притягують будь-який об'єкт і при створенні певної конфігурації променя світла створюється оптична пастка, більш-менш надійно утримує на місці мікроскопічний об'єкт.
Поява технології оптичного пінцета стало причиною швидкого розвитку деяких галузей науки, починаючи від біології і закінчуючи квантової оптикою, однак, у цієї технології є істотне обмеження, з її допомогою неможливо захопити в пастку і утримувати там об'єкти, розміри яких менше декількох сотень нанометрів. Цей недолік послужив причиною появи безлічі інших технологій нано-пінцетів, зокрема, використовують для створення пастки плазмоны. Силові поля, що генеруються плазмонами, здатні утримувати в пастці настільки крихітні об'єкти, як молекули білків або наночастинки інших типів, не нагріваючи і не руйнуючи їх структури.
Кілька років тому дослідники продемонстрували перший плазмонний нанопинцет, який складався з дуже маленької золотої наноструктури, на поверхню якої був сфокусований промінь лазерного світла. Наноструктура діяла як свого роду нанолинза, здатна створити пастку, утримуючу наночастицу як завгодно малих розмірів. Але ці перші досліди послужили лише доказом працездатності механізму створення оптичної пастки, на жаль, створене пристрій не могло дозволити маніпулювати захопленими об'єктами.
Тепер же дослідники ICFO зробили наступний крок, створивши плазмонний оптичний нано-пінцет на кінці оптоволоконної жили, сформованої визначені чином і має деякі вбудовані структури із золота. Такий підхід дозволяє захоплювати об'єкти, розмірами в декілька десятків нанометрів за допомогою лазерного світла невисокої інтенсивності, що дозволяє тримати ці об'єкти в цілості й схоронності. Захопивши об'єкт в пастку можна перемістити його разом з оптоволокном в будь-яку точку простору і вивільнити на новому місці.
Ця технологія відкриває можливість проведення маси нових досліджень, які потребують неруйнуючої маніпуляції крихітними об'єктами, з розмірами єдину молекули. Це може використовуватися в медицині для маніпуляцій при вивчення вірусів, що допоможе вченим зрозуміти біологічні механізми, що призводять до виникнення захворювань. В області нанотехнологій за допомогою такого нанопинцета можна буде виробляти збору наномеханизмов та інших мініатюрних пристроїв.