По мере развития наук о нанотехнологиях и постепенном внедрении полученных знаний в область промышленности ученым и исследователям все больше требуются специализированные инструменты, при помощи которых можно перемещать, наблюдать и обрабатывать частички из различных материалов, размеры которых исчисляются нанометрами. Работающие в этом направлении исследователи из Института фотонных наук (Institute of Photonic Sciences, ICFO) продемонстрировали разработанный ими лазерный полевой оптический нано-пинцет, способный захватывать в ловушку наноразмерные объекты и перемещать эти объекты в трехмерном пространстве.

Представьте себе слона, пытающегося ухватить своей не очень уклюжей конечностью какой-нибудь объект, размером с иголку. Вполне ясно, что у него это вряд ли получится из-за огромной разницы в масштабах размеров слона и объекта. А теперь вообразите, что этот объект является молекулой или другим объектом нанометрового масштаба, а на месте слона находятся люди, пытающиеся поймать этот объект при помощи обычных человеческих инструментов. Результат во втором случае будет таким же, как и у слона с иголкой, ведь при помощи обычных оптических микроскопов не получится увидеть объекты столь малого масштаба, а при помощи обычного пинцета нельзя захватывать и перемещать эти объекты.

Оптический пинцет, изобретенный исследователями лаборатории Bell Labs в 1980-х годах, вполне подходит для захватывания и манипулирования предметами сколь угодно малых размеров при помощи света лазера. Свет, фокусируемый при помощи специальных линз в очень маленькую точку, создает притягивающие силы, обусловленные градиентом силы света. Эти силы притягивают любой объект и при создании определенной конфигурации луча света создается оптическая ловушка, более-менее надежно удерживающая на месте микроскопический объект.

Появление технологии оптического пинцета стало причиной быстрого развития некоторых областей науки, начиная от биологии и заканчивая квантовой оптикой, однако, у этой технологии имеется существенное ограничение, с ее помощью невозможно захватить в ловушку и удерживать там объекты, размеры которых меньше нескольких сотен нанометров.

Этот недостаток послужил причиной появления множества других технологий нано-пинцетов, в частности, использующих для создания ловушки плазмоны. Силовые поля, генерируемые плазмонами, способны удерживать в ловушке столь крошечные объекты, как молекулы белков или наночастицы других типов, не нагревая и не разрушая их структуры.

Несколько лет назад исследователи продемонстрировали первый плазмонный нанопинцет, который состоял из очень маленькой золотой наноструктуры, на поверхность которой был сфокусирован луч лазерного света. Наноструктура действовала как своего рода нанолинза, способна создать ловушку, удерживающую наночастицу сколь угодно малых размеров. Но эти первые опыты послужили лишь доказательством работоспособности механизма создания оптической ловушки, к сожалению, созданное устройство не могло позволить манипулировать захваченными объектами.

Теперь же исследователи ICFO сделали следующий шаг, создав плазмонный оптический нано-пинцет на конце оптоволоконной жилы, сформованной определенны образом и имеющей некоторые внедренные структуры из золота.

Такой подход позволяет захватывать объекты, размерами в несколько десятков нанометров при помощи лазерного света невысокой интенсивности, что позволяет держать эти объекты в целости и сохранности. Захватив объект в ловушку можно переместить его вместе с оптоволокном в любую точку пространства и высвободить на новом месте.

Эта технология открывает возможность проведения массы новых исследований, требующих неразрушающей манипуляции крошечными объектами, размерами с единственную молекулу.

Это может использоваться в медицине для манипуляций при изучению вирусов, что поможет ученым понять биологические механизмы, приводящие к возникновению заболеваний. В области нанотехнологий при помощи такого нанопинцета можно будет производить сбору наномеханизмов и других миниатюрных устройств.