p (Phys.org) - Uma técnica em microescala conhecida como captura ótica usa feixes de luz como pinças para segurar e manipular partículas minúsculas. Pesquisadores de Stanford descobriram uma nova maneira de capturar partículas menores que 10 nanômetros - e potencialmente com apenas alguns átomos de tamanho - que até agora escapavam do alcance da luz. p Para agarrar e mover objetos microscópicos, como bactérias e os componentes de células vivas, os cientistas podem aproveitar o poder da luz concentrada para manipulá-los, sem nunca tocá-los fisicamente.

p Agora, o estudante de doutorado Amr Saleh e a Professora Assistente Jennifer Dionne, pesquisadores da Stanford School of Engineering, projetaram uma abertura de luz inovadora que permite capturar opticamente objetos menores do que nunca - potencialmente apenas alguns átomos de tamanho.

p O processo de captura ótica - ou pinça ótica, como é frequentemente conhecido - envolve esculpir um feixe de luz em um ponto estreito que produz um forte campo eletromagnético. O feixe atrai objetos minúsculos e os prende no lugar, como uma pinça.

p Infelizmente, existem limites naturais para a técnica. O processo é interrompido para objetos significativamente menores do que o comprimento de onda da luz. Portanto, pinças ópticas não podem agarrar objetos super pequenos, como proteínas individuais, que têm apenas alguns nanômetros de diâmetro.

p Saleh e Dionne mostraram teoricamente que a luz que passasse por sua nova abertura capturaria de forma estável objetos tão pequenos quanto 2 nanômetros. O projeto foi publicado na revista Nano Letras , e Saleh agora está construindo um protótipo funcional do dispositivo microscópico.

p Agonias de escala

p Como cientista de materiais, Jennifer Dionne imaginou uma ferramenta ótica que a ajudaria a mover com precisão os blocos de construção moleculares para novas configurações. "As pinças ópticas pareciam uma maneira muito legal de montar novos materiais, "ela disse. Dionne é a autora sênior do jornal.

p Infelizmente, as pinças ópticas existentes não são adeptas do manuseio desses minúsculos blocos de construção. "É sabido há várias décadas que capturar objetos de tamanho nano com luz seria um desafio, "disse Dionne.

p O problema é inerente ao próprio feixe de luz. A captura óptica normalmente usa luz no espectro visível (com comprimentos de onda entre 400 e 700 nanômetros) para que o cientista possa realmente ver o espécime enquanto o manipula.

p Devido a uma restrição física chamada limite de difração da luz, o menor espaço no qual a pinça óptica pode prender uma partícula é aproximadamente a metade do comprimento de onda do feixe de luz. No espectro visível, isso seria cerca de 200 nanômetros - metade do comprimento de onda visível mais curto de 400 nanômetros.

p Assim, se a amostra em questão tiver apenas 2 nanômetros de largura - o tamanho de uma proteína típica - prendê-la em um espaço de 200 nanômetros permite um controle muito frouxo, na melhor das hipóteses. Em termos de escala, é como guiar um peixinho com uma rede de pesca de 20 metros de largura.

p Adicionalmente, a força óptica que a luz pode exercer sobre um objeto diminui à medida que os objetos ficam menores. "Se você quiser capturar algo muito pequeno, você precisa de uma quantidade enorme de energia, que queimará seu espécime antes que você possa prendê-lo, "Saleh disse.

p Alguns pesquisadores contornam esse problema anexando o espécime a um objeto muito maior que pode ser arrastado com a luz. Dionne observou, Contudo, que moléculas importantes como a insulina ou a glicose podem se comportar de maneira bem diferente quando ligadas a âncoras gigantescas do que por conta própria. Para isolar e mover um pequeno objeto sem fritá-lo, os pesquisadores precisavam de uma maneira de contornar as limitações do trapping óptico convencional.

p A promessa da plasmônica

p Dionne diz que o método mais promissor de mover partículas minúsculas com luz depende de plasmônicos, uma tecnologia que aproveita as propriedades óticas e eletrônicas dos metais. Um condutor forte como prata ou ouro mantém seus elétrons fracamente, dando-lhes liberdade para se mover perto da superfície do metal.

p Quando as ondas de luz interagem com esses elétrons móveis, eles se movem no que Dionne descreve como "um muito bem definido, dança intrincada, "espalhar e esculpir a luz em ondas eletromagnéticas chamadas de plasmon-polaritons. Essas oscilações têm um comprimento de onda muito curto em comparação com a luz visível, permitindo que eles prendam pequenos espécimes com mais firmeza.

p Dionne e Saleh aplicaram princípios plasmônicos para projetar uma nova abertura que focaliza a luz de forma mais eficaz. A abertura é estruturada como os cabos coaxiais que transmitem sinais de televisão, Saleh disse. Um tubo de prata em nanoescala é revestido por uma fina camada de dióxido de silício, e essas duas camadas são envolvidas em uma segunda camada externa de prata. Quando a luz brilha através do anel de dióxido de silício, ele cria plasmons na interface onde a prata e o dióxido de silício se encontram. Os plasmons viajam ao longo da abertura e emergem na outra extremidade como um poderoso, feixe de luz concentrado.

p O dispositivo de Stanford não é a primeira armadilha plasmônica, mas promete capturar os menores espécimes registrados até hoje. Saleh e Dionne mostraram teoricamente que seu projeto pode capturar partículas de até 2 nanômetros. Com mais melhorias, seu projeto poderia até ser usado para capturar oticamente moléculas ainda menores.

p Uma multi-ferramenta óptica

p Conforme as ferramentas em nanoescala vão, esta nova armadilha óptica seria um gadget bastante versátil. Embora os pesquisadores o tenham imaginado pela primeira vez no contexto da ciência dos materiais, suas aplicações potenciais abrangem muitos outros campos, incluindo biologia, farmacologia, e genômica.

p Dionne disse que primeiro gostaria de capturar uma única proteína, e tente desvendar sua estrutura torcida usando apenas a luz visível. Dionne aponta que o feixe de luz também pode ser usado para exercer uma forte força de tração nas células-tronco, que demonstrou mudar a forma como esses blocos de construção importantes se diferenciam em vários tipos de células. Saleh, por outro lado, está particularmente animado com a movimentação e o empilhamento de partículas minúsculas para explorar suas forças de atração e criar novos, materiais e dispositivos "ascendentes".

p Tudo isso está no futuro, Contudo. Enquanto isso, Saleh está trabalhando para transformar o design em realidade. Ele espera ter um protótipo no início de 2013.