A seulement 1/1000ème de millimètre, les nanoparticules sont impossibles à voir à l'œil nu. Mais, malgré sa petite taille, ils sont extrêmement importants à bien des égards. Si les scientifiques veulent examiner de près l'ADN, protéines, ou des virus, alors pouvoir isoler et surveiller les nanoparticules est essentiel.

Le piégeage de ces particules consiste à focaliser étroitement un faisceau laser sur un point qui produit un champ électromagnétique puissant. Ce faisceau peut contenir des particules comme une pince à épiler mais, Malheureusement, il existe des restrictions naturelles à cette technique. Les plus notables sont les restrictions de taille - si la particule est trop petite, la technique ne fonctionnera pas. À ce jour, les pincettes optiques ont été incapables de retenir des particules comme des protéines individuelles, qui ne font que quelques nanomètres de diamètre.

Maintenant, grâce aux récents progrès de la nanotechnologie, des chercheurs de l'unité Interactions lumière-matière pour les technologies quantiques de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont mis au point une technique de piégeage précis des nanoparticules. Dans cette étude, ils ont surmonté les restrictions naturelles en développant des pincettes optiques basées sur des métamatériaux, un matériau synthétique doté de propriétés spécifiques qui ne se produisent pas naturellement. C'était la première fois que ce type de métamatériau était utilisé pour le piégeage de nanoparticules uniques.

"Être capable de manipuler ou de contrôler ces petites particules est crucial pour les progrès de la science biomédicale, " a expliqué le Dr Domna Kotsifaki, scientifique de l'unité OIST et premier auteur de l'article de recherche publié dans Lettres nano . Le Dr Kotsifaki a poursuivi en expliquant que le piégeage de ces nanoparticules pourrait permettre aux chercheurs de voir la progression du cancer, développer des médicaments efficaces, et faire progresser l'imagerie biomédicale. "Les applications potentielles pour la société sont de grande envergure."

Cette nouvelle technique a deux capacités recherchées :elle peut piéger de manière stable les nanoparticules à l'aide d'une puissance laser de faible intensité et elle peut être utilisée pendant une longue période tout en évitant d'endommager l'échantillon par la lumière. La raison en était le métamatériau que les chercheurs ont choisi d'utiliser. Ce métamatériau est très sensible aux modifications du milieu environnant et, donc, permet l'utilisation d'une puissance laser de faible intensité.

« Les métamatériaux ont des propriétés inhabituelles en raison de leur conception et de leur structure uniques. Mais cela les rend très utiles. Au cours des dernières années, une toute nouvelle ère d'appareils avec de nouveaux concepts et des applications potentielles a été créée à partir d'eux, " expliqua le Dr Kotsifaki. " A partir du métamatériau, nous avons fabriqué un réseau d'anneaux fendus asymétriques à l'aide d'un faisceau d'ions - minuscule, particules chargées - sur un film d'or de 50 nm."

Pour tester si la technique a fonctionné, le groupe de recherche a illuminé l'appareil avec une lumière proche infrarouge et a piégé des particules de polystyrène de 20 nm dans certaines régions.

Le Dr Kotsifaki et ses collègues recherchaient la rigidité du piège, qui est une mesure de la performance de piégeage. « Les performances de piégeage obtenues étaient plusieurs fois supérieures à celles des pincettes optiques conventionnelles et les plus élevées signalées à ce jour à notre connaissance, " a-t-elle expliqué. " En tant que premier groupe à utiliser ce dispositif pour le piégeage de précision des nanoparticules, cela a été gratifiant de contribuer à de tels progrès dans ce domaine de recherche. »

L'équipe de recherche prévoit maintenant de peaufiner son appareil pour voir si ces pincettes peuvent être utilisées dans des applications réelles. Spécifiquement, à l'avenir, cet appareil pourrait être utilisé pour créer des technologies de laboratoire sur puce, qui sont tenus à la main, outils de diagnostic qui peuvent fournir des résultats de manière efficace et économique. Parallèlement à ses applications en sciences biomédicales, cette recherche a fourni des informations nouvelles et fondamentales sur la nanotechnologie et le comportement de la lumière à l'échelle nanométrique.