Tecnologia Científica

Tecnologia de pinça óptica ajustada para superar os perigos do calor
Pesquisadores criaram uma nova versão da tecnologia de pinça óptica que corrige esse problema, um desenvolvimento que poderia abrir as ferramentas já conceituadas para novos tipos de pesquisa e simplificar os processos de uso hoje.
Por Universidade do Texas em Austin - 26/06/2021


As pinças ópticas usam luz para capturar partículas para análise. Um novo avanço impede o superaquecimento dessas partículas. Crédito: Universidade do Texas em Austin

Três anos atrás, Arthur Ashkin ganhou o Prêmio Nobel por inventar pinças ópticas, que usam luz na forma de um feixe de laser de alta potência para capturar e manipular partículas. Apesar de terem sido criadas há décadas, as pinças ópticas ainda levam a grandes avanços e são amplamente utilizadas hoje para estudar sistemas biológicos.

No entanto, as pinças ópticas têm falhas. A interação prolongada com o feixe de laser pode alterar moléculas e partículas ou danificá-las com calor excessivo.

Pesquisadores da Universidade do Texas em Austin criaram uma nova versão da tecnologia de pinça óptica que corrige esse problema, um desenvolvimento que poderia abrir as ferramentas já conceituadas para novos tipos de pesquisa e simplificar os processos de uso hoje.

O avanço que evita esse problema de superaquecimento vem da combinação de dois conceitos: o uso de um substrato composto por materiais que são resfriados quando uma luz incide sobre eles (no caso, um laser ); e um conceito chamado termoforese, um fenômeno no qual partículas móveis geralmente gravitam em direção a um ambiente mais frio.

Os materiais mais frios atraem as partículas, tornando-as mais fáceis de isolar, ao mesmo tempo que as protegem do superaquecimento. Ao resolver o problema do calor, as pinças ópticas poderiam se tornar mais amplamente usadas para estudar biomoléculas, DNA, doenças e muito mais.

"As pinças ópticas têm muitas vantagens, mas são limitadas porque sempre que a luz captura objetos, eles aquecem", disse Yuebing Zheng, autor correspondente de um novo artigo publicado na Science Advances e professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica Walker. "Nossa ferramenta aborda esse desafio crítico; em vez de aquecer os objetos presos, nós os controlamos a uma temperatura mais baixa ."

As pinças ópticas fazem a mesma coisa que as pinças normais - pegam pequenos objetos e os manipulam. No entanto, as pinças ópticas funcionam em uma escala muito menor e usam luz para capturar e mover objetos.

Analisar DNA é um uso comum de pinças ópticas. Mas para fazer isso, é necessário anexar contas de vidro de tamanho nanométrico às partículas. Então, para mover as partículas, o laser é direcionado às contas, não às próprias partículas, pois o DNA seria danificado pelo efeito de aquecimento da luz.

"Quando você é forçado a adicionar mais etapas ao processo, aumenta a incerteza porque agora introduziu algo mais no sistema biológico que pode impactá-lo", disse Zheng.

Esta versão nova e aprimorada de pinças ópticas elimina essas etapas extras.

Os próximos passos da equipe incluem o desenvolvimento de sistemas de controle autônomo, tornando-os mais fáceis para pessoas sem treinamento especializado usarem e estendendo a capacidade das pinças para lidar com fluidos biológicos, como sangue e urina. E eles estão trabalhando para comercializar a descoberta.

Zheng e sua equipe têm muita variedade em suas pesquisas, mas tudo se concentra na luz e em como ela interage com os materiais. Por causa desse foco na luz, ele seguiu de perto e usou pinças ópticas em suas pesquisas. Os pesquisadores estavam familiarizados com a termoforese e esperavam poder acioná-la com materiais mais frios, o que na verdade atrairia partículas para o laser para simplificar a análise.

 

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