科學家開發新版本的“光學鑷子”技術 可減少對目標物體的光損傷

據外媒報道,2018年亞瑟·阿斯金(Arthur Ashkin)因發明“光學鑷子”而獲得諾貝爾獎,光學鑷子使用高功率激光束形式的光來捕獲和操縱粒子。儘管是在幾十年前創造的,光學鑷子仍然導致了重大的突破,今天被廣泛用於研究生物系統。然而,光學鑷子確實有缺陷。與激光束的長時間互動可能會改變分子和顆粒,或因過熱而損壞它們

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德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員創造了一種新版本的光學鑷子技術,解決了這一問題,這一發展可以使已經受到高度重視的工具向新的研究類型開放,並簡化今天使用它們的過程。

避免這種過熱問題的突破來自於兩個概念的結合:使用由材料組成的基底,這些材料在光照到它們時被冷卻(在這種情況下是激光);以及一個被稱為 “熱電 “的概念,在這種現象中,移動的粒子通常會被引向一個較冷的環境。

較冷的材料吸引粒子,使它們更容易被隔離,同時也保護它們不被過熱。通過解決熱量問題,光學鑷子可以更廣泛地用於研究生物分子、DNA、疾病等。

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《科學進展》上發表的一篇新論文的通訊作者、德克薩斯大學奧斯汀分校沃克機械工程系副教授Yuebing Zheng說:“光學鑷子有很多優點,但它們有局限性,因為每當光線捕捉物體時,它們就會發熱。我們的工具解決了這一關鍵挑戰;我們沒有加熱被捕獲的物體,而是將它們控制在一個較低的溫度下。”

光學鑷子與普通的鑷子做同樣的事情–拿起小物體並操縱它們。然而,光學鑷子在更小的範圍內工作,並使用光來捕捉和移動物體。分析DNA是光學鑷子的一個常見用途。但這樣做需要將納米大小的玻璃珠附着在顆粒上。然後為了移動顆粒,激光照射在珠子上,而不是顆粒本身,因為DNA會被光的加熱效應所破壞。

研究人員說:“當你被迫在這個過程中增加更多的步驟時,你就會增加不確定性,因為現在你已經在生物系統中引入了其他可能影響它的東西。”

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這個新的和改進版本的光學鑷子消除了這些額外的步驟。該團隊的下一步包括開發自主控制系統,使其更容易被沒有經過專門培訓的人使用,並將鑷子的能力擴展到處理生物液體,如血液和尿液。而且他們正在努力將這一發現商業化。

該團隊的研究有很多不同的內容,但都是圍繞着光以及它如何與材料相互作用。由於這種對光的關注,他在研究中密切關注並使用光學鑷子。研究人員熟悉熱泳,並希望他們能用較冷的材料觸發熱泳,這實際上會將顆粒吸引到激光器上,以簡化分析。