En 2018, la moitié du prix Nobel a été décernée à Arthur Ashkin, le physicien qui a développé les pincettes optiques, l'utilisation d'un faisceau laser étroitement focalisé pour isoler et déplacer des objets à l'échelle du micron (la taille des globules rouges). Maintenant Justus Ndukaife, professeur adjoint de génie électrique à l'Université Vanderbilt, a développé la toute première pince opto-thermo-électrohydrodynamique, des nanopinces optiques capables de piéger et de manipuler des objets à une échelle encore plus petite.

L'article, "Stand-off trapping and manipulation of sub-10 nm objects and biomolecules using opto-thermo-electrohydrodynamic tweezers" a été publié en ligne dans la revue Nature Nanotechnologie le 31 août.

L'article a été rédigé par Ndukaife et les étudiants diplômés Chuchuan Hong et Sen Yang, qui mènent des recherches dans le laboratoire de Ndukaife.

Les pincettes optiques à l'échelle du micron représentent une avancée significative dans la recherche biologique, mais sont limitées dans la taille des objets avec lesquels elles peuvent travailler. En effet, le faisceau laser qui agit comme la pince d'une pince à épiler optique ne peut focaliser la lumière laser que sur un certain diamètre (environ la moitié de la longueur d'onde du laser). Dans le cas d'une lumière rouge d'une longueur d'onde de 700 nanomètres, la pince à épiler peut se concentrer sur et manipuler uniquement des objets d'un diamètre d'environ 350 nanomètres ou plus en utilisant une faible puissance. Bien sûr, la taille est relative, ainsi, alors qu'une taille de 350 nanomètres est extrêmement petite, il laisse de côté les molécules encore plus petites telles que les virus, qui entrent à 100 nanomètres, ou de l'ADN et des protéines mesurant moins de 10 nanomètres.

La technique que Ndukaife a mise en place avec l'OTET laisse plusieurs microns entre le faisceau laser et la molécule qu'il piège, un autre élément important de la façon dont ces nouveaux, les petites pincettes fonctionnent. "Nous avons développé une stratégie qui nous permet d'épiler des objets extrêmement petits sans les exposer à une lumière ou à une chaleur de haute intensité qui peuvent endommager la fonction d'une molécule, " a déclaré Ndukaife. " La capacité de piéger et de manipuler de si petits objets nous donne la capacité de comprendre la façon dont notre ADN et d'autres molécules biologiques se comportent dans les moindres détails, à un niveau singulier."

Avant l'OTET, les molécules telles que les vésicules extracellulaires ne pouvaient être isolées qu'à l'aide de centrifugeuses à grande vitesse. Cependant, le coût élevé de la technologie a empêché une large adoption. OTET, d'autre part, a le potentiel de devenir largement accessible aux chercheurs avec des budgets plus modestes. La pince à épiler permet également de trier les objets en fonction de leur taille, une approche qui est importante lors de la recherche d'exosomes spécifiques, vésicules extracellulaires sécrétées par les cellules qui peuvent provoquer des métastases cancéreuses. Les exosomes ont une taille de 30 à 150 nanomètres, et le tri et l'investigation d'exosomes spécifiques se sont généralement avérés difficiles.

D'autres applications de l'OTET envisagées par Ndukaife incluent la détection d'agents pathogènes en piégeant des virus pour l'étude et la recherche de protéines qui contribuent aux affections associées aux maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer. Les deux applications pourraient contribuer à la détection précoce de la maladie car la pince à épiler peut capturer efficacement de faibles niveaux de molécules, ce qui signifie qu'une maladie n'a pas besoin d'être déclarée avant que des molécules pathogènes puissent être recherchées. L'OTET peut également être combiné avec d'autres techniques de recherche telles que la biofluorescence et la spectroscopie.

"Le ciel est la limite quand il s'agit d'applications d'OTET, " dit Ndukaife, qui a collaboré avec le Centre de transfert et de commercialisation de la technologie pour déposer un brevet sur cette technologie. "Je suis impatient de voir comment d'autres chercheurs exploitent ses capacités dans leur travail."