Em 2018, metade do Prêmio Nobel foi concedido a Arthur Ashkin, o físico que desenvolveu pinças ópticas, o uso de um feixe de laser bem focalizado para isolar e mover objetos em escala mícron (o tamanho das células vermelhas do sangue). Agora Justus Ndukaife, professor assistente de engenharia elétrica na Vanderbilt University, desenvolveu as primeiras pinças opto-termoeletrohidrodinâmicas, nanotweezers ópticos que podem capturar e manipular objetos em uma escala ainda menor.

O artigo, "Captura e manipulação de objetos sub-10 nm e biomoléculas usando pinças opto-termoeletrohidrodinâmicas" foi publicado online no jornal Nature Nanotechnology em 31 de agosto.

O artigo foi escrito por Ndukaife e pelos alunos de pós-graduação Chuchuan Hong e Sen Yang, que estão conduzindo pesquisas no laboratório de Ndukaife.

As pinças ópticas em escala de mícron representam um avanço significativo na pesquisa biológica, mas são limitadas no tamanho dos objetos com os quais podem trabalhar. Isso ocorre porque o feixe de laser que atua como a pinça de uma pinça óptica só consegue focar a luz do laser em um determinado diâmetro (cerca de metade do comprimento de onda do laser). No caso da luz vermelha com comprimento de onda de 700 nanômetros, a pinça pode focar e manipular apenas objetos com diâmetro de aproximadamente 350 nanômetros ou mais usando baixa potência. Claro, o tamanho é relativo, então, embora um tamanho de 350 nanômetros seja extremamente pequeno, ele deixa de fora as moléculas ainda menores, como vírus, que chegam a 100 nanômetros, ou DNA e proteínas que medem menos de 10 nanômetros.

A técnica que Ndukaife estabeleceu com OTET deixa vários mícrons entre o feixe de laser e a molécula que ele está capturando, outro elemento importante de como esses novos, pinças minúsculas funcionam. "Desenvolvemos uma estratégia que nos permite pinçar objetos extremamente pequenos sem expô-los à luz de alta intensidade ou ao calor que pode danificar a função de uma molécula, "Ndukaife disse." A capacidade de capturar e manipular esses pequenos objetos nos dá a capacidade de entender a maneira como nosso DNA e outras moléculas biológicas se comportam em grande detalhe, em um nível singular. "

Antes da OTET, moléculas como as vesículas extracelulares só podiam ser isoladas usando centrífugas de alta velocidade. Contudo, o alto custo da tecnologia inibiu a ampla adoção. OTET, por outro lado, tem o potencial de se tornar amplamente disponível para pesquisadores com orçamentos menores. As pinças também podem classificar objetos com base em seu tamanho, uma abordagem que é importante ao procurar exossomos específicos, vesículas extracelulares secretadas por células que podem causar metástases. Os exossomos variam em tamanho de 30 a 150 nanômetros, e classificar e investigar exossomos específicos tem se mostrado desafiador.

Outras aplicações do OTET que Ndukaife prevê incluem a detecção de patógenos por aprisionamento de vírus para estudo e pesquisa de proteínas que contribuem para condições associadas a doenças neurodegenerativas, como Alzheimer. Ambas as aplicações podem contribuir para a detecção precoce de doenças porque as pinças podem capturar efetivamente baixos níveis de moléculas, o que significa que uma doença não precisa estar totalmente desenvolvida antes que as moléculas causadoras de doenças possam ser pesquisadas. O OTET também pode ser combinado com outras técnicas de pesquisa, como biofluorescência e espectroscopia.

“O céu é o limite quando se trata de aplicações de OTET, "disse Ndukaife, que colaborou com o Centro de Transferência e Comercialização de Tecnologia para registrar a patente dessa tecnologia. "Estou ansioso para ver como outros pesquisadores aproveitarão suas capacidades em seu trabalho."