É difícil conceituar um mundo onde os humanos possam manipular objetos em nanoescala à vontade ou até mesmo controlar sua própria matéria biológica em um nível celular com luz. Mas isso é precisamente o que Yuebing Zheng, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade do Texas em Austin, está trabalhando com seus "nanotweezers" - uma nova ferramenta para lidar com nanopartículas usando luz que pode criar oportunidades para inovações em nanotecnologia e monitoramento de saúde individual.

Com base em vários anos de pesquisa, Zheng e sua equipe da Escola de Engenharia de Cockrell desenvolveram nanoterradores opto-termoelétricos (OTENT) que ajudarão a levar a uma maior compreensão da matéria e dos sistemas biológicos e abrirão uma gama de possibilidades para inovação fundamental e técnica em nanofotônica - o estudo da luz -matter interação em escala nanométrica. Eles explicam seu novo trabalho na última edição da revista. Nature Photonics .

"Até agora, simplesmente não sabíamos como manipular nanopartículas usando aquecimento óptico, "Zheng disse." Com os nossos nanotreinadores, podemos não apenas controlar partículas em nanoescala, também podemos analisar as partículas e controlar o acoplamento in-situ. "

Para uma das aplicações demonstradas de nanotweezers, Zheng trabalhou com o professor de engenharia química da UT Austin, Brian Korgel, que este ano foi eleito para a Academia Nacional de Engenharia por seu trabalho inovador em nanocristais e nanofios.

"Este projeto foi muito interessante para mim, "Korgel disse." Foi liderado por um grupo de engenharia mecânica que descobriu uma maneira de manipular nanopartículas e nanofios individuais. Sua especialidade estava na construção de máquinas fotônicas, mas não em fazer os materiais a serem usados ​​para os experimentos. Então, meu grupo desenvolveu a síntese dos nanofios usados ​​no estudo. Foi uma ótima colaboração. "

Ernst-Ludwig Florin, professor associado de física e membro do Center for Nonlinear Dynamics da UT, junto com o estudante de graduação Emanuel Lissek, forneceu experiência adicional em medições de precisão, demonstrando a força dos nanotrepadores.

Esta cooperação entre nanofotônicos, a pesquisa em nanoquímica e nanofísica forneceu as ferramentas para manipular e analisar nanopartículas de maneiras que, até agora, esteve além do nosso alcance. A equipe de pesquisa da UT demonstrou como, usando seus nanotweezers, a luz pode ser usada em nanoescala da mesma forma que as pinças mecânicas são usadas para lidar com amostras maiores.

Como técnica geral, os nanotreinadores são aplicáveis ​​a uma ampla gama de metais, semicondutor, polímero e nanoestruturas dielétricas com superfícies carregadas ou hidrofóbicas. Até agora, pesquisadores conseguiram "aprisionar" nanoesferas de silício, contas de sílica, contas de poliestireno, nanofios de silício, nanofios de germânio e nanoestruturas metálicas. O arranjo adicional desses nanomateriais de uma maneira racionalmente projetada pode levar a uma melhor compreensão de como a matéria se organiza e à descoberta potencial de novos materiais funcionais.

Em um ambiente biológico, Zheng acredita que a manipulação de células vivas e a comunicação célula a célula provavelmente serão o principal foco de pesquisa para engenheiros que desejam explorar as capacidades oferecidas pelos nanotreinadores.

"A otimização do sistema atual para torná-lo biocompatível é a próxima etapa do nosso projeto, "Zheng disse." Esperamos usar nossas pinças para manipular células biológicas e moléculas na resolução de uma única molécula, para controlar a liberação de drogas e estudar a interação célula-célula. A manipulação e análise de objetos biológicos abrirão uma nova porta para o diagnóstico precoce de doenças e a descoberta da nanomedicina. ”

Zheng está confiante de que a tecnologia será comercializada, até o ponto em que nanotweezers podem ser adaptados para uso em um aplicativo de smartphone, quase como um canivete suíço dos dias modernos.

"É o que esperamos, "disse ele." Também vemos grandes oportunidades na educação externa, talvez para alunos que desejam ver como é realmente uma célula. Além disso, pode ser usado para avaliar o quão saudável está o sistema imunológico de uma pessoa. Tem potencial para ser uma importante ferramenta de diagnóstico móvel, dando às pessoas mais autonomia sobre seus próprios cuidados de saúde. "