Une illustration d'un piège nanophotonique à ondes stationnaires (nSWAT) pour la manipulation et les mesures parallèles de molécules uniques. Ici, un réseau de molécules d'ADN avec une bille attachée à chaque extrémité est manipulé avec précision entre deux nSWAT. La position de chaque nSWAT est contrôlée indépendamment pour déplacer et transporter le réseau de billes piégées. Crédit :Robert Forties
(Phys.org) — Piégeage optique, une technique d'étude de molécules isolées, est traditionnellement délicat, nécessitant un équipement spécial et une salle insonorisée, avec des données collectées une molécule à la fois.
Les physiciens de Cornell ont réduit la technologie d'un piège optique, qui utilise la lumière pour suspendre et manipuler des molécules comme l'ADN et les protéines, sur une seule puce. Et au lieu d'une seule molécule à la fois, le nouveau dispositif peut potentiellement piéger des centaines de molécules à la fois, réduire les expériences d'un mois à quelques jours.
« Nous aimons les expériences sur une seule molécule parce que les données sont belles et claires, et nous apprenons tellement en manipulant et en perturbant les molécules et en regardant comment les choses changent, " a déclaré Michelle Wang, professeur de physique, qui a dirigé l'étude publiée en ligne dans Nature Nanotechnologie 28 avril. Mais la technique expérimentale elle-même pourrait être améliorée, qui a motivé Wang, qui étudie l'ADN et ses protéines motrices associées, d'envisager des solutions.
Wang et ses collègues ont développé un nouveau type de piège optique, en s'appuyant sur la nanophotonique - dans ce cas, utilisant la lumière comme contrôleurs à l'échelle nanométrique - ainsi que l'électronique et la microfluidique sur puce pour créer une faible puissance, appareil stable qui peut être adapté aux microscopes conventionnels.
Leur innovation clé est la génération d'ondes stationnaires optiques contrôlables dans des guides d'ondes nanophotoniques, formé de deux ondes lumineuses contra-propagatives, qui fonctionnent comme des réseaux de pièges optiques. Cette conception recycle la même lumière pour produire plusieurs pièges, chacun pouvant contenir une molécule, par exemple, une seule molécule d'ADN.
"Ce que nous avons ici, c'est un réseau de pièges tridimensionnel stable et contrôlable, " a dit Wang. " Cela n'a jamais été fait auparavant. " Ils appellent leur appareil un piège nanophotonique à ondes stationnaires, ou nSWAT.
Pour tester la stabilité de l'appareil - une percée clé - les membres du laboratoire ont tapoté physiquement sur le microscope où ils avaient monté leur puce. En raison de la nature compacte de l'appareil, qui tient sur un sou, ils ont détecté peu, en cas de dérangement.
Dans leur papier, ils ont également décrit le transport de molécules sur une distance relativement longue à l'aide des guides d'ondes. Cette capacité permet au nouveau piège optique de s'intégrer aux techniques de marquage par fluorescence existantes pour marquer les molécules d'intérêt.
La fabrication du nSWAT a été effectuée exclusivement au Cornell NanoScale Science and Technology Facility (CNF).
Les expériences décrites dans le document, "Piégeage nanophotonique pour une manipulation précise des puces biomoléculaires, " ont été complétés principalement par les co-premiers auteurs Mohammad Soltani et Jun Lin, les deux associés postdoctoraux dans le laboratoire Wang, avec l'aide substantielle de plusieurs étudiants et post-doctorants en laboratoire. Les premières étapes du projet ont impliqué des discussions utiles avec, et du matériel prêté par, co-auteur Michal Lipson, professeur de génie électrique et informatique, un expert en nanophotonique.
