Assim como os Jedis em Star Wars usam a Força para controlar objetos à distância, os cientistas podem usar luz ou força óptica para mover partículas muito pequenas. Os inventores desta tecnologia de laser inovadora, conhecido como "pinça óptica, "foram agraciados com o Prêmio Nobel de Física 2018.

Pinças ópticas são usadas em biologia, medicina e ciência dos materiais para montar e manipular nanopartículas, como átomos de ouro. Contudo, a tecnologia depende de uma diferença nas propriedades refrativas da partícula aprisionada e do ambiente circundante.

Agora os cientistas descobriram uma nova técnica que lhes permite manipular partículas que têm as mesmas propriedades refrativas do ambiente de fundo, superar um desafio técnico fundamental.

O estudo, "Pinças ópticas além da incompatibilidade do índice de refração usando nanopartículas de conversão ascendente altamente dopadas, "acaba de ser publicado em Nature Nanotechnology .

"Esta descoberta tem um potencial enorme, particularmente em áreas como a medicina, "diz o co-autor principal Dr. Fan Wang da University of Technology Sydney (UTS).

"A capacidade de empurrar, puxar e medir as forças de objetos microscópicos dentro das células, como fitas de DNA ou enzimas intracelulares, pode levar a avanços na compreensão e tratamento de muitas doenças diferentes, como diabetes ou câncer.

"Microssondas mecânicas tradicionais usadas para manipular células são invasivas, e a resolução de posicionamento é baixa. Eles só podem medir coisas como a rigidez de uma membrana celular, não a força das proteínas motoras moleculares dentro de uma célula, " ele diz.

A equipe de pesquisa desenvolveu um método exclusivo para controlar as propriedades refrativas e luminescência de nanopartículas por dopagem de nanocristais com íons de metais de terras raras.

Tendo superado este primeiro desafio fundamental, a equipe, então, otimizou a concentração de dopagem de íons para alcançar o aprisionamento de nanopartículas em um nível de energia muito mais baixo, e em 30 vezes maior eficiência.

"Tradicionalmente, você precisa de centenas de miliwatts de potência do laser para capturar uma partícula de ouro de 20 nanômetros. Com nossa nova tecnologia, podemos capturar uma partícula de 20 nanômetros usando dezenas de miliwatts de potência, "diz Xuchen Shan, primeiro co-autor e UTS Ph.D. candidato na Escola de Engenharia Elétrica e de Dados da UTS.

"Nossas pinças ópticas também alcançaram um alto grau recorde de sensibilidade ou 'rigidez' para nanopartículas em uma solução de água. o calor gerado por este método era insignificante em comparação com métodos mais antigos, portanto, nossas pinças ópticas oferecem uma série de vantagens, " ele diz.

Outro co-autor principal, Dr. Peter Reece, da University of New South Wales, diz que essa pesquisa de prova de conceito é um avanço significativo em um campo que está se tornando cada vez mais sofisticado para pesquisadores biológicos.

"A perspectiva de desenvolver uma sonda de força em nanoescala altamente eficiente é muito empolgante. A esperança é que a sonda de força possa ser marcada para atingir estruturas intracelulares e organelas, permitindo a manipulação óptica dessas estruturas intracelulares, " ele diz.

Distinto Professor Dayong Jin, Diretor do Instituto UTS de Materiais e Dispositivos Biomédicos (IBMD) e um dos principais co-autores, diz que este trabalho abre novas oportunidades para imagens funcionais de super resolução da biomecânica intracelular.

"A pesquisa do IBMD está focada na tradução dos avanços da fotônica e da tecnologia de materiais em aplicações biomédicas, e este tipo de desenvolvimento de tecnologia está bem alinhado com esta visão, "diz o professor Jin.

"Assim que tivermos respondido às questões científicas fundamentais e descoberto novos mecanismos de fotônica e ciência dos materiais, então passamos a aplicá-los. Este novo avanço nos permitirá usar formas de menor potência e menos invasivas para capturar objetos nanoscópicos, como células vivas e compartimentos intracelulares, para manipulação de alta precisão e medição biomecânica em nanoescala. "