Sono le più piccole del mondo

Le pinzette fotoniche

Sono “ottiche” e sarebbero in grado di afferrare un singolo virus o una molecola, secondo il fisico Mathieu Juan della Macquarie University di Sydney

 le pinzette fotoniche

Per manipolare campioni biologici o costruire strutture con nanocristalli servono strumenti adeguati, spiega il fisico Mathieu Juan che, sotto la guida del professor Romain Quidant dell’Istituto di scienze fotoniche di Barcellona, in Spagna, ha costruito le pinzette più piccole del mondo; ne parla la rivista Nature Nanotechnology.

Come funzionano le nano-pinzette?
I ricercatori hanno concentrato un fascio di luce laser attraverso una fibra ottica. All’estremità della fibra hanno creato un’apertura a forma di “papillon”, costituita da due triangoli sovrapposti, proprio come un cravattino da smoking. Ed è proprio la forma dell’apertura che permette di controllare il fascio di luce con tale “squisita precisione”, dice il dottor Juan.

Il dispositivo si basa su un meccanismo noto ai fisici come “azione autoindotta di ritorno”: in sostanza, significa che le pinzette ottiche si automodellano in base alla forma dell’oggetto che stanno afferrando. Il campione stesso si “lascia prendere”, senza alcun danneggiamento.

Ciò avviene perché quando i due triangoli del “cravattino” si incontrano, si genera una forza molto delicata, che non comporta alcun aumento di temperatura che potrebbe danneggiare l’oggetto da afferrare, come per esempio una molecola biologica.

L’esperimento
I ricercatori hanno utilizzato le nano-pinzette per manipolare una microscopica sfera di plastica, spostandola in uno spazio di appena 50 nanometri: un millesimo dello spessore di un capello. “Molto probabilmente – annuncia Juan – saremmo in grado di spingere il limite più in basso, fino a oggetti piccoli come molecole biologiche”.

La frontiera
Da spazi così ristretti si aprono nuove frontiere applicative: se le molecole biologiche non vengono danneggiate in questo genere di manipolazione né dall’innalzamento della temperatura né dalla pressione esercitata, ciò significa che presto gli scienziati saranno in grado di utilizzare tale approccio non invasivo per aprire nuovi orizzonti nel campo delle nanoscienze, offrendo un livello senza precedenti di controllo di oggetti di dimensioni nanometriche. – See more at: http://www.rainews.it/dl/rainews/articoli/Le-pinzette-fotoniche-le-piu-piccole-al-mondo-74818f73-2895-4ef9-9f3e-e260370c23bb.html#sthash.lToIlbgy.dpuf

2014/03/03

Optical nanotweezers for control of nano-objects

Trapping and moving an individual nano-object in 3D in Nature Nanotechnology.

As science and technology go nano, scientists search for new tools to manipulate, observe and modify the “building blocks” of matter at the nanometer scale. The recent publication “Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers“ in Nature Nanotechnology by ICFO researchers Johann Berthelot, Srdjan Aćimović, Mathieu Juan (currently at Macquarie University) Mark Kreuzer, and Jan Renger, led by ICREA Prof at ICFO Romain Quidant, demonstrates for the first time the ability to use near-field optical tweezers to trap a nano-size object and manipulate it in the 3 dimensions of space.

Invented in the 80’s in Bell Labs, Optical tweezers have changed forever the fields of both biology and quantum optics. However, the technique has considerable limitations, one of them being its inability to directly trap objects smaller than a few hundreds of nanometers. This drawback prompted the pursuit of new approaches of nano-tweezers based on plasmonics, capable of trapping nano-scale objects such as proteins or nanoparticles without overheating and damaging the specimen. A few years ago the Plasmon Nano-Optics group at ICFO demonstrated that, by focusing light on a very small gold nano-structure lying on a glass surface which acts as a nano-lens, one can trap a specimen at the vicinity of the metal where the light is concentrated. This proof of concept was limited to demonstrate the mechanism but did not enable any 3D manipulation needed for practical applications.

Now they have taken a crucial step further by implementing the concept of plasmonic nano-tweezers at the extremity of a mobile optical fiber, nano-engineered with a bowtie-like gold aperture. Using this approach, they have demonstrated trapping and 3D displacement of specimens as small as a few tens of nanometers using an extremely small, non-invasive laser intensity. Central to the great potential of this technique is that both trapping and monitoring of the trapped specimen can be done through the optical fiber, performing the manipulation of nano-objects in a simple and manageable way outside of the physics research lab.

Sketch illustrating the trapping of a nanoparticle in the bowtie aperture.

Electron beam microscopy image of the extremity of the plasmon nano-tweezers

http://www.icfo.eu/newsroom/news2.php?id_news=2251&subsection=home