光钳激发低功耗微创纳米捕获方案

来自悉尼理工大学（UTS）的研究人员运用了光学钳子技术的现有机理，该机理能够实现对纳米粒子的操纵和组装。它作为技术的基础，能够使纳米粒子具有与背景环境相同的折射特性。光钳的性能强烈依赖捕获的纳米粒子与周围环境之间折射特性的差异。这个新方法，作为一个概念验证，涉及掺杂纳米晶体与稀土金属离子和在低能级水平和高效率水平下捕获纳米粒子。

"传统意义上，你需要数百毫瓦的激光功率来捕获一个20纳米的金粒子，"描述这项技术的第一共同作者、UTS电子和数据工程学院的博士生S xuchen Shan说。"通过我们的新技术，我们可以使用数十毫瓦的功率捕获一个20纳米的粒子。该方法也非常灵敏，是确保操作效率的关键。“我们的光学钳子在水溶液中对纳米粒子的灵敏度或'刚度'也达到了新的记录， ”Shan说。“值得注意的是，与旧方法相比，这种方法产生的热量可以忽略不计，因此我们的光学钳子具有很多优势。”

在医学方面，研究人员说，这一进展是实现细胞内结构以及进行纳米级生物力学测量等光学操作的关键一步。这项研究的主要合作者Fan Wang说："推动、拉动和测量细胞内微小物体（如DNA链或细胞内酶）的能力，可以增加对许多不同疾病（如糖尿病或癌症）的理解和治疗。Wang说，使用传统机械探针操纵细胞的一个缺点是这个过程具有侵入性。定位的分辨率也很低：这些探针只能测量细胞膜的刚度，而不是细胞内分子运动蛋白质。

纳米晶体的稀土金属离子掺杂过程既控制了纳米粒子的折射特性，也控制了纳米粒子的发光度。在纳米晶体中的离子共振创造了一种强大的光学捕获力。Fan Wang 供图。

这种高效纳米级力探测器的开发前景推动了研究人员开发一种专门针对细胞内结构和细胞器的力学探针。来自新南威尔士大学（University of New South Wales）的合作者Peter Reece说，这将能够对细胞内的结构进行光学操作。

这项研究发表在《Nature Nanotechnology》（www.doi.org/10.1038/s41565-021-00852-0）上。