Em um artigo publicado em Nature Scientific Reports , uma equipe de pesquisadores do Worcester Polytechnic Institute (WPI) demonstrou como um dispositivo que usa feixes de luz para agarrar e manipular objetos minúsculos, incluindo células individuais, pode ser miniaturizado, abrindo a porta para a criação de dispositivos portáteis pequenos o suficiente para serem inseridos na corrente sanguínea para capturar células cancerosas individuais e diagnosticar o câncer em seus estágios iniciais.

A tecnica, conhecidas como pinças ópticas, usa feixes ópticos de luz laser para criar um campo de força atraente que pode conter, ou armadilha, pequenos objetos no local sem contato físico. As pinças ópticas tradicionais focam a luz com uma lente grande e cara, o que torna o dispositivo volumoso e suscetível a flutuações ambientais. Essas limitações tornam as pinças ópticas impossíveis de usar fora do laboratório.

Em seus Relatórios Científicos paper ("Detecção de posição baseada em fibra sem lentes objetivas com resolução nanométrica em um sistema de captura de fibra óptica, ") uma equipe liderada por Yuxiang" Shawn "Liu, professor assistente de engenharia mecânica, explica como conseguiu substituir as lentes por minúsculas fibras ópticas e miniaturizar o aparelho.

"Atualmente, para testar o câncer, você deve esperar até que haja um tumor visível ou um volume suficiente de células cancerosas em uma amostra de sangue, "disse ele." Nessa altura, o câncer pode estar avançado. Mas o câncer começa com células únicas. Se os médicos pudessem separar essas células de milhões de células do sangue, poderíamos detectar o câncer muito mais cedo - em um ponto em que não é visível com o uso de outras técnicas. Isso pode antecipar os diagnósticos em meses ou até anos, e tornar o tratamento muito mais eficaz. "

Demonstrado pela primeira vez na década de 1980, pinças ópticas se tornaram uma ferramenta crítica para cientistas em biologia, química, e física para realizar experimentos nas escalas molecular e celular. Uma vez que eles podem prender pequenos objetos e mantê-los no lugar, longe do contato com qualquer coisa que possa alterar seu estado ou função, as pinças permitem que materiais ou células individuais sejam estudados sem removê-los de seus ambientes nativos.

Embora os dispositivos possam ser úteis no campo (para testar amostras de água ou solo, por exemplo) ou em hospitais e consultórios médicos, seu projeto atual os torna muito grandes (cerca de 2 a 3 pés de altura e cerca de 2 pés de largura) e muito sensíveis (sua precisão pode ser afetada por uma leve corrente de ar) para serem úteis fora de um ambiente de laboratório altamente controlado.

Para tornar o dispositivo menor, mais leve, e mais portátil, Liu decidiu substituir a lente por fibras ópticas de vidro. Mas, uma vez que uma fibra óptica é extremamente fina (cerca da largura de um cabelo humano), sua ponta é muito pequena para funcionar como uma lente, portanto, uma única fibra não pode focalizar um feixe de laser com intensidade suficiente para criar uma armadilha óptica. Liu descobriu que poderia criar uma armadilha óptica tridimensional usando duas fibras para projetar feixes de luz que se cruzam. Dessa forma, ele poderia segurar um minúsculo objeto esférico no lugar enquanto, simultaneamente, determinava sua posição com precisão nanométrica e media a força com que a armadilha segurava o objeto.

"Isso prova que não precisamos das lentes para criar a armadilha, "disse Liu, que trabalha neste projeto há cerca de 12 anos. "Se quisermos ter um pequeno, sistema portátil, precisamos apenas de fibras ópticas para capturar e medir as células. "

Usando fibras ópticas, Liu disse que pode construir pinças ópticas que são mais robustas e 100 vezes menores do que as versões tradicionais. Com pesquisas adicionais, ele disse acreditar que pode criar um dispositivo clínico do tamanho de uma seringa comum, que pode ser inserido em um vaso sanguíneo para capturar células individuais. Ele disse que a pinça poderia até fazer parte de um lab-on-a-chip do tamanho de um selo postal, que integra algumas funções de laboratório em um circuito integrado. Os chips poderiam ser vendidos em farmácias para que os pacientes pudessem se testar em casa.

Liu está colaborando com Qi Wen, professor associado de física, e Songbai Ji, professor associado de engenharia biomédica. Alunos de PhD Chaoyang Ti (engenharia mecânica), Yao Shen (engenharia mecânica), e Minh-Tri Ho-Thanh (física) também fazem parte da equipe de pesquisa.

Embora as aplicações clínicas das pinças de fibra óptica possam demorar vários anos, a equipe de pesquisa está trabalhando para refinar ainda mais seu dispositivo, criar um novo pacote para proteger as pontas quebradiças das fibras ópticas e tornar as pinças mais fáceis de usar para outros pesquisadores. Eles também estão trabalhando para encontrar pequenas, fontes de laser e detectores ópticos de baixo custo.