Engenheiros da Duke University desenvolveram um sistema para manipular partículas que se aproximam do diâmetro minúsculo de 2,5 nanômetros de DNA usando campos elétricos induzidos por som. Apelidado de "nanotweezers acustoeletrônicos, "a abordagem fornece um rótulo livre, método dinamicamente controlável de mover e aprisionar nanopartículas em uma grande área. A tecnologia é promissora para aplicações em campos que vão da física da matéria condensada à biomedicina.

A pesquisa aparece online em 22 de junho em Nature Communications .

O controle preciso das nanopartículas é uma habilidade crucial para muitas tecnologias emergentes. Por exemplo, separar exossomos e outras pequenas moléculas biológicas do sangue pode levar a novos tipos de testes diagnósticos para a detecção precoce de tumores e doenças neurodegenerativas. Colocar nanopartículas projetadas em um padrão específico antes de fixá-las no lugar pode ajudar a criar novos tipos de materiais com propriedades altamente ajustáveis.

Por mais de uma década, Tony Jun Huang, o ilustre professor William Bevan de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais na Duke, tem buscado sistemas de pinças acústicas que usam ondas sonoras para manipular partículas. Contudo, torna-se difícil empurrar as coisas com som quando seu perfil fica abaixo do de alguns dos menores vírus.

"Embora ainda estejamos usando basicamente o som, nossos nanotweezers acustoeletrônicos usam um mecanismo muito diferente do que essas tecnologias anteriores, "disse Joseph Rufo, um estudante de pós-graduação trabalhando no laboratório de Huang. "Agora não estamos apenas explorando ondas acústicas, mas campos elétricos com propriedades de ondas acústicas. "

Em vez de usar ondas sonoras para mover diretamente as nanopartículas, Huang, Rufo e Peiran Zhang, um pós-doutorado no laboratório de Huang, use ondas sonoras para criar campos elétricos que fornecem o impulso. A nova abordagem da pinça acustoeletrônica funciona colocando um substrato piezoelétrico - um material fino que cria eletricidade em resposta ao estresse mecânico - sob uma pequena câmara cheia de líquido. Quatro transdutores estão alinhados nas laterais da câmara, que enviam ondas sonoras para o substrato piezoelétrico.

Essas ondas sonoras saltam e interagem umas com as outras para criar um padrão estável. E porque as ondas sonoras estão criando tensões dentro do substrato piezoelétrico, eles também criam campos elétricos. Eles se acoplam às ondas acústicas de uma maneira que cria padrões de campo elétrico dentro da câmara acima.

"As vibrações das ondas sonoras também fazem o campo elétrico alternar dinamicamente entre cargas positivas e negativas, "disse Zhang." Este campo elétrico alternado polariza as nanopartículas no líquido, que serve de alça para manipulá-los. "

O resultado é um mecanismo que mistura algumas das forças de outros manipuladores de nanopartículas. Como os nanotreinadores acustoeletrônicos induzem uma resposta eletromagnética nos nanomateriais, as nanopartículas não precisam ser condutoras por conta própria ou marcadas com qualquer tipo de modificador. E porque os padrões são criados com ondas sonoras, suas posições e propriedades podem ser modificadas de forma rápida e fácil para criar uma variedade de opções.

No protótipo, os pesquisadores mostram nanopartículas colocadas em padrões listrados e quadriculados. Eles até empurram partículas individuais de uma maneira arbitrária de forma dinâmica, soletrando letras como D, VOCÊ, K e E. Os pesquisadores demonstram então que esses nano-padrões alinhados podem ser transferidos para filmes secos usando nanopartículas delicadas, como nanotubos de carbono, Proteínas de 3,5 nanômetros e dextran de 1,4 nanômetros frequentemente usados ​​em pesquisas biomédicas. E eles mostram que tudo isso pode ser realizado em uma área de trabalho que é dezenas a centenas de vezes maior do que as atuais tecnologias de nanotanificação.