Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor YongKeun Park, do Departamento de Física da KAIST, desenvolveu uma técnica de manipulação óptica que pode controlar livremente a posição, orientação, e forma de amostras microscópicas com formas complexas. O estudo foi publicado online em Nature Communications em 22 de maio.

Técnicas convencionais de manipulação óptica chamadas de "pinças ópticas, "têm sido usados ​​como uma ferramenta inestimável para exercer força em microescala sobre partículas microscópicas e manipular as posições tridimensionais (3-D) das partículas. As pinças ópticas empregam um laser fortemente focado cujo diâmetro do feixe é menor do que um micrômetro (1 / 100 da espessura do cabelo), que pode gerar uma força atrativa nas partículas microscópicas vizinhas que se movem em direção ao foco do feixe. O controle das posições do foco do feixe permitiu aos pesquisadores segurar as partículas e movê-las livremente para outros locais, então eles cunharam o nome de "pinças ópticas, "e têm sido amplamente utilizados em vários campos dos estudos físicos e biológicos.

Até aqui, a maioria dos experimentos com pinças ópticas foi realizada para capturar partículas esféricas porque os princípios físicos podem prever facilmente as forças ópticas e o movimento de resposta das microesferas. Para capturar objetos com formas complicadas, Contudo, pinças ópticas convencionais induzem movimento instável de tais partículas, e a orientação controlável de tais objetos é limitada, que dificultam o controle do movimento 3-D de objetos microscópicos com formas complexas, como células vivas.

A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova técnica de manipulação óptica que pode capturar objetos complexos de formas arbitrárias. Esta técnica mede primeiro as estruturas 3-D de um objeto em tempo real usando um microscópio holográfico 3-D, que compartilha o mesmo princípio físico da imagem de TC de raios-X. Com base na forma 3-D medida do objeto, os pesquisadores calculam com precisão a forma da luz que pode controlar o objeto de maneira estável. Quando a forma da luz é a mesma do objeto, a energia do objeto é minimizada, que fornece a captura estável do objeto com a forma complicada.

Além disso, controlando a forma da luz para ter várias posições, instruções, e formas de objetos, é possível controlar livremente o movimento 3-D do objeto e fazer com que o objeto tenha a forma desejada. Este processo se assemelha à geração de um molde para moldar uma estátua com a forma desejada, então os pesquisadores cunharam o nome da técnica atual de "molde tomográfico para captura óptica (TOMOTRAP)". A equipe conseguiu capturar células vermelhas do sangue humano de forma estável, girando-os com as orientações desejadas, dobrando-os em forma de L, e reunir duas células vermelhas do sangue para formar uma nova estrutura. Além disso, células de câncer de cólon com uma estrutura complexa podem ser capturadas de forma estável e giradas nas orientações desejadas. Tudo isso tem sido difícil de ser realizado pelas técnicas ópticas convencionais.

Professor Park disse, "Nossa técnica tem a vantagem de controlar o movimento 3-D de objetos de formas complexas sem saber informações prévias sobre sua forma e características ópticas, e pode ser aplicado em vários campos, incluindo física, ótica, nanotecnologia, e ciências médicas. "

Dr. Kyoohyun Kim, o principal autor deste artigo, observou que esta técnica pode induzir deformação controlada de células biológicas com os formatos desejados. "Esta abordagem também pode ser aplicada ao monitoramento em tempo real do prognóstico cirúrgico de cirurgias em nível celular para capturar e deformar células, bem como organelas subcelulares, "acrescentou Kim.