Используя усовершенствованные технологии для отлова и манипулирования наночастицами, исследователи из Национального института стандартов и технологии (США) смогли увеличить полезное время существования пойманных частиц более чем в 10 раз. Таким образом, новая методика обещает предоставить экспериментаторам достаточно времени для постройки наноразмерных структур, а также позволить работать с наночастицами внутри биологических клеток без привлечения травматичного интенсивного лазерного облучения.

Обычно учёные захватывают и передвигают наночастицы в растворе с помощью оптического пинцета — луча лазера, сфокусированного на очень маленькую площадь. Крошечное пятнышко лазерного света создаёт сильное электрическое поле, или потенциальную яму, которая притягивает частицы в центр лучевого потока. Хотя частицы втягиваются в поле, молекулы жидкости, в которой они суспендированы, пытаются вытолкнуть их прочь из колодца (броуновское движение и принцип Ле Шателье). Причём ситуация ухудшается при использовании частиц меньшего размера, так как влияние лазера ослабляется при переходе от крупных частиц к мелким. Конечно, всегда можно добавить ещё немного энергии лазерному лучу и сгенерировать более мощное электрическое поле, но это может привести к «прожариванию» наночастиц, попавших в центр луча, ещё до того, как вы успеете сделать с ними что-то разумное.

Рис. 1. Золотые наночастицы (слева) быстро покидают пассивную статическую ловушку, в то время как в новой ловушке (справа) частицы остаются предельно сконцентрированными. (Иллюстрация NIST).

Ученые из Национального института стандартов и технологии взялись улучшить описанную систему лазерного захвата, предложив подход, использующий как контролирующую систему (лазерный луч), так и систему обратной связи, с помощью которой можно следить за курсом наночастицы. В таком варианте лазерный луч применяется уже не для создания пассивной стационарной ловушки с приманкой в месте желаемого сбора наночастиц, а для подталкивания этих частиц только тогда, когда это необходимо: для задания курса, придания ускорения, выравнивания курса. Это позволило уменьшить среднюю интенсивность лазерного луча и одновременно увеличить время жизни наночастиц при снижении тенденции к отклонению от выбранного курса. При достижении наночастицами точки назначения лазер отключается. А выравнивание курса частицы производится опять же посредством добавления интенсивности свечения.

Используя новый метод управления наночастицами, удалось удерживать 100-нанометровые золотые частицы в 26 раз дольше, чем в предыдущих экспериментах с использованием пассивной лазерной ловушки. Частицы оксида кремния размером 350 нм удерживались в 22 раза дольше при средней интенсивности луча, уменьшенной на 33%.

Авторы разработки надеются, что теперь смогут построить сложные наноразмерные устройства, чтобы тестировать поведение наночастиц внутри живых клеток.

Подробнее о новом методе и достигнутых результатах читайте в статье, опубликованной в журнале Nano Letters.