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捕获微小颗粒纳米操作的多功能工具

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-15 】 点击次数:
纳米粒子只有1/1000毫米,肉眼无法看到。但是,尽管体积很小,但它们在许多方面还是极其重要的。如果科学家想仔细研究DNA,蛋白质或病毒,那么能够分离和监测纳米颗粒至关重要。
该小组使用超材料捕获纳米颗粒。图片来源:冲绳科技大学
捕获这些粒子涉及将激光束紧密聚焦到产生强电磁场的点。该光束可以像一把镊子一样固定微粒,但是不幸的是,这种技术存在自然的限制。最值得注意的是尺寸限制-如果粒子太小,则该技术将行不通。迄今为止,光镊无法容纳直径仅为几纳米的单个蛋白质之类的颗粒。
 
现在,由于纳米技术的最新发展,冲绳科技大学研究生院(OIST)量子技术相互作用的量子技术研究人员开发了一种精确捕获纳米粒子的技术。在这项研究中,他们通过开发基于超材料的光学镊子克服了自然的限制,超材料是一种具有天然不具备的特殊性能的合成材料。这是第一次将这种超材料用于单个纳米粒子的捕获。
不对称裂环成功地在某些区域捕获了20 nm聚苯乙烯颗粒。图片来源:冲绳科技大学
OIST部门的科学家,《纳米快报》上发表该研究论文的第一作者Domna Kotsifaki博士解释说:“能够操纵或控制这些小颗粒对于生物医学科学的发展至关重要。” Kotsifaki博士继续解释说,捕获这些纳米颗粒可以使研究人员看到癌症的进展,开发有效的药物并推进生物医学成像。“社会的潜在应用是深远的。”
 
这项新颖的技术具有两种追捧能力-它可以使用低强度激光功率稳定地捕获纳米颗粒,并且可以长时间使用,同时避免对样品造成光损伤。原因是研究人员选择使用的超材料。这种超材料对周围环境的变化高度敏感,因此可以使用低强度的激光功率。
 
 
 
Kotsifaki博士解释说:“超材料由于其独特的设计和结构而具有非同寻常的性能。但这使它们非常有用。在过去的几年中,由此创造了具有新颖概念和潜在应用的全新设备时代。” “从超材料中,我们在50 nm的金膜上使用离子束(微小的带电粒子)制造了不对称裂环阵列。”
Domna Kotsifaki博士演示了如何进行实验。图片来源:冲绳科技大学
为了测试该技术是否有效,研究小组用近红外光照射了该设备,并在其某些区域捕获了20 nm的聚苯乙烯颗粒。
 
Kotsifaki博士及其同事正在寻找捕集阱的硬度,这是对捕集性能的一种衡量。她解释说:“获得的诱集性能比传统的光镊好几倍,据我们所知,是迄今为止报道的最高的。” “作为第一批使用该设备进行精密纳米颗粒捕获的人,为在该研究领域的这种进展做出贡献一直是值得的。”
 
研究小组现在计划调整他们的设备,以查看这些镊子是否可以在实际应用中使用。具体而言,在将来,该设备可用于创建芯片实验室技术,这些技术是可以高效,经济地提供结果的手持式诊断工具。除了在生物医学领域的应用外,这项研究还为纳米技术和纳米级的光行为提供了新的基础性见解。
 

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