光镊技术的突破克服了热的危害

光学镊子使用光捕获颗粒

光镊利用光捕获粒子进行分析。一项新的突破可以防止这些粒子过热。图片来源:德克萨斯大学奥斯汀分校

三年前,阿瑟·阿什金获得了诺贝尔奖发明了光镊,利用高功率激光束形式的光捕获和操纵粒子。光镊虽然诞生于几十年前,但仍然取得了重大突破,并在今天被广泛用于研究生物系统。

然而,光镊也有缺陷。与激光束的长时间相互作用会改变分子和粒子,或用过热损害它们。

奥斯汀德克萨斯大学的研究人员创建了一个新版本的光学镊子技术,解决了这个问题,这是一个可以打开已经高度考虑的工具到新型研究的开发,并简化了今天使用它们的流程。

避免过热问题的突破源于两个概念的结合:使用由光照在其上时就会冷却的材料组成的衬底(在这种情况下,是激光);还有一个叫做热电泳的概念,在这种现象中,移动粒子通常会被吸引到较冷的环境中。

冷却器材料吸引颗粒,使它们更容易隔离,同时也保护它们免受过热。通过解决热问题,光学镊子可能变得更广泛地用于研究生物分子,DNA,疾病等。

“光镊子有很多优点,但它们受到限制,因为每当光线捕捉到物体时,它们就会升温,”发表在《科学》杂志上的一篇新论文的通讯作者郑月兵(音)说科学的进步以及沃克机械工程系中的副教授。“我们的工具解决了这一关键挑战;我们没有加热捕获的物体,我们将它们控制在较低的温度下。“

光镊和普通的镊子做同样的事情——捡起小物体并操作它们。然而,光镊的工作范围要小得多,它利用光捕获和移动物体。

分析DNA是光学镊子的常用用途。但这样做需要将纳米大小的玻璃珠子附着到颗粒上。然后移动粒子,激光在珠子上闪闪发光,而不是颗粒本身,因为DNA将被光的加热效果损坏。

“当你被迫增加进程的更多步骤时,你会增加不确定性,因为现在你已经将其他东西介绍到可能影响它的生物系统中,”郑说。

这种新的改进版本的光镊消除了这些额外的步骤。

该团队的下一步工作包括开发自主控制系统,让没有接受过专业培训的人更容易使用,扩大镊子处理血液和尿液等生物液体的能力。他们正在努力将这一发现商业化。

郑和他的团队在他们的研究中有很多不同的内容,但都集中在光以及它如何与材料相互作用上。由于对光的关注,他在研究中一直密切关注并使用光镊。研究人员对热电泳很熟悉,他们希望用更冷的材料触发热电泳,这样就可以把粒子吸引到激光上,从而简化分析。

参考文献:“光冰箱镊子”由景大李,志根陈,耀兰刘,Pavana Siddhartha Kollipara,Yichao Feng,Zhenglong Zhang和Yuebing Zheng,25六月二进:科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.abh1101

该研究得到了国家卫生大学国家一般医学研究所和国家科学基金会的补助金。其他作者是景大李和志先陈的德克萨斯材料研究所;Yaoran Liu的电气计算机工程系;Pavana Siddhartha Kollipara机械工程系;陕西冯峰和陕西师范大学的中国物理与信息学院。

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