دستیابی به موفقیت در فناوری موچین نوری بر خطرات گرما غلبه می کند

موچین های نوری از نور برای به دام انداختن ذرات برای تجزیه و تحلیل استفاده می کنند. دستیابی به موفقیت جدید باعث می شود که این ذرات بیش از حد گرم نشوند. اعتبار: دانشگاه تگزاس در آستین

سه سال پیش ، آرتور اشکین به دلیل ابداع موچین های نوری ، که از نور به صورت پرتوی لیزر پرقدرت برای گرفتن و دستکاری ذرات استفاده می کند ، جایزه نوبل را از آن خود کرد. با وجود ایجاد ده ها سال پیش ، موچین های نوری هنوز به پیشرفت های عمده منجر می شوند و امروزه به طور گسترده ای برای مطالعه سیستم های بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند.

با این حال ، موچین های نوری دارای نقص هستند. تعامل طولانی مدت با پرتوی لیزر می تواند مولکول ها و ذرات را تغییر داده یا در اثر حرارت بیش از حد به آنها آسیب برساند.

محققان دانشگاه تگزاس در آستین نسخه جدیدی از فناوری موچین نوری را ایجاد کرده اند که این مشکل را برطرف می کند ، توسعه ای که می تواند ابزارهای بسیار مورد توجه را برای انواع جدید تحقیقات باز کند و فرایندهای استفاده از آنها را امروز ساده کند.

دستیابی به موفقیت در جلوگیری از این مشکل گرم شدن بیش از حد ناشی از ترکیبی از دو مفهوم است: استفاده از یک بستر متشکل از موادی که هنگام تابش نور به آنها خنک می شوند (در این حالت لیزر). و مفهومی به نام ترموفورزیس ، پدیده ای که در آن ذرات متحرک معمولاً به سمت یک محیط خنک تر تمایل پیدا می کنند.

مواد خنک کننده ذرات را به خود جلب می کند و جداسازی آنها را آسان می کند و در عین حال از گرما نیز محافظت می کند. با حل مشکل گرما ، موچین نوری می تواند به طور گسترده ای برای مطالعه مولکول های زیستی ، DNA ، بیماری ها و موارد دیگر استفاده شود.

یوئبینگ ژنگ ، نویسنده مسئول مقاله جدید منتشر شده در Science Advances و دانشیار گروه مهندسی مکانیک واکر ، گفت: "موچین های نوری مزایای بسیاری دارند ، اما محدود هستند زیرا هر زمان که نور اجسام را شکار می کند ، گرم می شوند." "ابزار ما این چالش اساسی را برطرف می کند. به جای گرم کردن اجسام به دام افتاده ، آنها را در دمای پایین کنترل می کنیم. "

موچین های نوری همان کار موچین معمولی را انجام می دهند - اشیا objects کوچک را بردارید و آنها را دستکاری کنید. با این حال ، موچین های نوری در مقیاس بسیار کمتری کار می کنند و از نور برای گرفتن و جابجایی اشیا استفاده می کنند.

تجزیه و تحلیل DNA استفاده رایج از موچین نوری است. اما انجام این کار نیاز به اتصال دانه های شیشه ای به ابعاد نانو به ذرات دارد. سپس برای جابجایی ذرات ، لیزر به روی دانه ها تابیده می شود ، نه به ذرات خود ، زیرا DNA در اثر اثر گرمایش نور آسیب می بیند.

ژنگ گفت: "وقتی مجبور شوید مراحل بیشتری را به این فرآیند اضافه کنید ، عدم اطمینان را افزایش می دهید زیرا اکنون چیز دیگری را در سیستم بیولوژیکی وارد کرده اید که ممکن است روی آن تأثیر بگذارد."

این نسخه جدید و پیشرفته موچین نوری این مراحل اضافی را از بین می برد.

اقدامات بعدی این تیم شامل ایجاد سیستم های کنترل خودمختار ، استفاده از آنها برای افراد بدون آموزش تخصصی و گسترش قابلیت های موچین برای مدیریت مایعات بیولوژیکی مانند خون و ادرار است. و آنها در حال تلاش برای تجاری سازی این کشف هستند.

ژنگ و تیمش در تحقیقات بسیار متنوع هستند ، اما همه آنها بر روی نور و نحوه تعامل آن با مواد متمرکز هستند. به دلیل این تمرکز روی نور ، او در تحقیقات خود موچین های نوری را از نزدیک دنبال کرده و از آنها استفاده کرده است. محققان با ترموفورز آشنا بودند و امیدوار بودند که بتوانند آن را با مواد خنک تری تحریک کنند که در واقع ذرات را به لیزر می کشاند تا تجزیه و تحلیل ساده شود.

این تحقیق با کمک مالی موسسه ملی علوم پزشکی عمومی ملی و بنیاد ملی علوم پشتیبانی شد. نویسندگان دیگر Jingang Li و Zhihan Chen از م Materialsسسه مواد Texas UT هستند. یاوران لیو از گروه مهندسی برق و کامپیوتر ؛ Pavana Siddhartha Kollipara از گروه مهندسی مکانیک واکر ؛ و Yichao Feng و Zhenglong Zhang از دانشکده فیزیک و اطلاعات دانشگاه عادی Shaanxi در چین.