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

Contudo, 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 para usá-los hoje.

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

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

"As pinças ópticas têm muitas vantagens, mas são limitados porque sempre que a luz captura objetos, eles esquentam, "disse Yuebing Zheng, o autor correspondente de um novo artigo publicado em Avanços da Ciência e um professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica Walker. "Nossa ferramenta aborda este 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. Contudo, 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 brilha nas contas, não as próprias partículas, porque o DNA seria danificado pelo efeito de aquecimento da luz.

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

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

As próximas etapas da equipe incluem o desenvolvimento de sistemas de controle autônomo, tornando-os mais fáceis para pessoas sem treinamento especializado usarem e estendendo as capacidades 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 gira em torno da luz e como ela interage com os materiais. Por causa desse foco na luz, ele tem seguido de perto, e usado, pinças ópticas em sua pesquisa. Os pesquisadores estavam familiarizados com a termoforese e esperavam que pudessem ativá-la com materiais mais frios, que na verdade atrairia partículas para o laser para simplificar a análise.