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接地“光学镊子”推进以提高生物医学研究

时间：2022-06-16 15:25:00 来源：

纳米晶体中的离子的共振产生强的光学俘获力。

由UTS生物医学材料和设备研究所开发的研究人员开发的光学镊子技术的显着进展将有助于提高生物医学研究。

就像星际战争中的JEDIS使用“力量”从一段距离控制物体，科学家可以使用光或“光学力”来移动非常小的颗粒。这种接地激光技术的发明人称为“光学镊子”，被授予2018年诺贝尔物理学奖。

光学镊子用于生物学，药物和材料科学，用于组装和操纵纳米颗粒如金原子。然而，该技术依赖于被困颗粒和周围环境的折射性质的差异。

现在科学家发现了一种新技术，使他们能够操纵具有与背景环境相同的折射性的颗粒，克服了基本的技术挑战。

研究：在自然纳米技术刚刚公布了“超出折射率不匹配的光学镊子使用高度掺杂的上转换纳米颗粒”。

“这种突破具有巨大的潜力，特别是在医学等领域，”威斯特尼州悉尼（UTS）的领先合教博士。

“传统上，您需要数百毫瓦的激光功率来捕获20纳米金颗粒。通过我们的新技术，我们可以使用数十毫瓦的电力捕获20纳米粒子。“

- 徐辰山

“推动和测量细胞内微观物体的力量的能力，例如DNA或细胞内酶的链，可能导致了解和治疗许多不同疾病，例如糖尿病或癌症。

“用于操纵细胞的传统机械微探针是侵入性的，并且定位分辨率低。他们只能测量细胞膜的刚度等东西，而不是细胞内的分子电机蛋白的力量，“他说。

该研究团队开发了一种独特的方法，用于通过用稀土金属离子掺杂纳米晶体来控制纳米颗粒的折射性和发光。

克服了这一基本挑战，该团队随后优化了离子的掺杂浓度，以实现纳米颗粒在更低的能量水平下捕获，效率提高30倍。

“传统上，您需要数百毫瓦的激光功率来捕获20纳米的金颗粒。通过我们的新技术，我们可以使用数十毫瓦的电力捕获20纳米的粒子，“徐辰山，苏州市UTS电气和数据工程学院的第一个合作域名。

“我们的光学镊子还达到了水溶液中纳米颗粒的高度敏感性或”刚度“。值得注意的是，与旧方法相比，该方法产生的热量可忽略不计，因此我们的光学镊子提供了许多优势，“他说。

来自新南威尔士大学彼得·雷克博士彼得·雷克博士表示，这种概念证明研究是对生物研究人员越来越复杂的领域的重要进步。

“开发高效的纳米级力探针的前景非常令人兴奋。希望能够标记力探针以靶向靶向细胞内结构和细胞器，从而实现这些结构的光学操纵，“他说。

卓越的生物医学材料和设备（IBMD）主任大东金教授（IBMD）和牵头共同作者表示，这项工作开辟了细胞内生物力学超分辨率功能成像的新机会。

“IBMD研究专注于将光子和材料技术的进步翻译成生物医学应用，这种类型的技术发展与这种愿景一致，”金教授说。

“一旦我们回答了基本科学问题并发现了光子和物质科学的新机制，我们就可以搬到他们。这种新的进展使我们允许我们淘汰较低功耗和较少侵入的方式来捕获纳米镜的物体，例如活细胞和细胞内隔室，用于高精度操纵和纳米级生物力学测量。“

参考：“光学镊子超越折射率不匹配使用高度掺杂的上翻纳米颗粒”由徐辰山，范王，德江王，石辉文，巢湖陈，湘君迪，彭聂，嘉炎辽，永燕刘，雷丁，彼得J.Reece和龙Jin，2月2021年2月，Nature Nanotechnology.doi：
10.1038 / S41565-021-00852-0


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