Um novo artigo publicado na Opto-Electronic Science analisa os fundamentos e aplicações de nanopartículas ópticas aprisionadas opticamente. As nanopartículas ópticas são um dos elementos-chave da fotônica. Eles não apenas permitem imagens ópticas de uma infinidade de sistemas (de células a microeletrônica), mas também se comportam como sensores remotos altamente sensíveis.



O sucesso das pinças ópticas no isolamento e manipulação de nanopartículas ópticas individuais foi recentemente demonstrado. Isso abriu a porta para digitalização e detecção de partículas únicas de alta resolução.

Os resultados mais relevantes nos campos de rápido crescimento de captura óptica de nanopartículas ópticas individuais são resumidos neste artigo. De acordo com os diferentes materiais e suas propriedades ópticas, as nanopartículas ópticas são classificadas em cinco famílias:nanopartículas plasmônicas, nanopartículas dopadas com lantanídeos, nanopartículas poliméricas, nanopartículas semicondutoras e nanodiamantes. Para cada caso foram descritos os principais avanços e aplicações.

As nanopartículas plasmônicas têm maior polarizabilidade e alta eficiência de conversão de luz em calor, o que requer uma seleção crítica do comprimento de onda de captura para elas. As aplicações típicas baseadas nas propriedades de luminescência das nanopartículas plasmônicas opticamente aprisionadas são o estudo da interação partícula-partícula e detecção de temperatura. Esta pesquisa é realizada através da análise da radiação absorvida, espalhada ou emitida por nanopartículas.

Nanopartículas dopadas com lantanídeos têm bandas de emissão estreitas, longos tempos de vida de fluorescência e intensidade de emissão sensível à temperatura. Esta revisão resume a detecção de temperatura celular relatada alcançada pelas nanopartículas dopadas com lantanídeos opticamente aprisionadas. As propriedades estruturais do hospedeiro de nanopartículas dopadas com lantanídeos permitem que essas partículas girem. Para uma potência de laser fixa, a velocidade de rotação depende da viscosidade do meio. Estudos demonstraram que esta propriedade pode ser usada para medir a viscosidade intracelular. Além disso, a funcionalização superficial adequada de nanopartículas dopadas com lantanídeos permite seu uso em detecção química.

A incorporação de corantes nas nanopartículas poliméricas torna-as luminescentes e fáceis de rastrear dentro da armadilha óptica. Esta revisão resume a investigação da dinâmica de nanopartículas individuais e caracterizações de amostras biológicas, explorando a capacidade de rastrear a luminescência das partículas. Ele não apenas facilita uma compreensão mais completa da interação óptica e mecânica entre o laser de captura e as partículas ópticas, mas também aponta o grande potencial da combinação de captura óptica com fluorescência ou microscopia de varredura.

As nanopartículas semicondutoras ganharam recentemente grande atenção graças às suas propriedades especiais de fotoluminescência, como emissão sintonizável, menor suscetibilidade ao fotobranqueamento, altos rendimentos quânticos e estabilidade química. Nesta revisão, os autores resumem a pesquisa sobre o uso de pinças ópticas para estudar e melhorar as propriedades de luminescência de nanopartículas semicondutoras individuais. Eles também resumem a pesquisa sobre o uso de partículas semicondutoras como fontes de excitação localizadas para imagens celulares.

A fluorescência dos nanodiamantes é causada por defeitos pontuais na estrutura do diamante, conhecidos como centros de cor. A pesquisa bibliográfica revela o número limitado de relatos sobre captura óptica de nanodiamantes. O primeiro relatório sobre o tema revelou que um único nanodiamante pode ser usado como sensor de campo magnético. Mais tarde, também foi demonstrado que um nanodiamante aprisionado opticamente funciona como um termômetro celular.

Este artigo de revisão também revela como a combinação de captura óptica e nanopartículas ópticas coloidais pode ser usada para diversas aplicações. Apesar do grande potencial das pinças ópticas para estudos de nanopartículas individuais, este campo ainda está em sua infância. A maioria dos trabalhos concentra-se em aplicações e não em preencher lacunas de conhecimento. Existem alguns problemas ainda em aberto.

A revisão resume os desafios enfrentados pela captura óptica de nanopartículas, incluindo a falta de uma fórmula precisa que descreva as forças ópticas, resolução espacial incerta, a possível presença de viés de detecção, etc. de pesquisa sobre princípios, técnicas, equipamentos e aplicações neste campo.

Mais informações: Fengchan Zhang et al, Captura óptica de nanopartículas ópticas:Fundamentos e aplicações, Ciência Opto-Eletrônica (2023). DOI:10.29026/oes.2023.230019
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