Tout comme les Jedis de Star Wars utilisent la Force pour contrôler des objets à distance, les scientifiques peuvent utiliser la lumière ou la force optique pour déplacer de très petites particules. Les inventeurs de cette technologie laser révolutionnaire, connu sous le nom de "pince optique, " ont reçu le prix Nobel de physique 2018.

Les pincettes optiques sont utilisées en biologie, la médecine et la science des matériaux pour assembler et manipuler des nanoparticules telles que des atomes d'or. Cependant, la technologie repose sur une différence dans les propriétés de réfraction de la particule piégée et de l'environnement environnant.

Maintenant, les scientifiques ont découvert une nouvelle technique qui leur permet de manipuler des particules qui ont les mêmes propriétés de réfraction que l'environnement de fond, surmonter un défi technique fondamental.

L'étude, "Des pincettes optiques au-delà du décalage d'indice de réfraction utilisant des nanoparticules de conversion ascendante hautement dopées, " vient d'être publié dans Nature Nanotechnologie .

"Cette percée a un potentiel énorme, notamment dans des domaines comme la médecine, ", déclare le principal co-auteur, le Dr Fan Wang de l'Université de technologie de Sydney (UTS).

"La capacité de pousser, tirer et mesurer les forces d'objets microscopiques à l'intérieur des cellules, tels que des brins d'ADN ou des enzymes intracellulaires, pourrait conduire à des progrès dans la compréhension et le traitement de nombreuses maladies différentes telles que le diabète ou le cancer.

"Les micro-sondes mécaniques traditionnelles utilisées pour manipuler les cellules sont invasives, et la résolution de positionnement est faible. Ils ne peuvent mesurer que des choses comme la rigidité d'une membrane cellulaire, pas la force des protéines motrices moléculaires à l'intérieur d'une cellule, " il dit.

L'équipe de recherche a développé une méthode unique pour contrôler les propriétés de réfraction et la luminescence des nanoparticules en dopant les nanocristaux avec des ions de métaux des terres rares.

Ayant surmonté ce premier défi fondamental, l'équipe a ensuite optimisé la concentration de dopage des ions pour réaliser le piégeage des nanoparticules à un niveau d'énergie beaucoup plus faible, et à 30 fois plus d'efficacité.

"Traditionnellement, vous avez besoin de centaines de milliwatts de puissance laser pour piéger une particule d'or de 20 nanomètres. Avec notre nouvelle technologie, nous pouvons piéger une particule de 20 nanomètres en utilisant des dizaines de milliwatts de puissance, " dit Xuchen Shan, premier co-auteur et Ph.D. UTS. candidat à l'UTS School of Electrical and Data Engineering.

« Nos pinces optiques ont également atteint un degré record de sensibilité ou de « rigidité » pour les nanoparticules dans une solution aqueuse. Remarquablement, la chaleur générée par cette méthode était négligeable par rapport aux méthodes plus anciennes, ainsi nos pinces optiques offrent un certain nombre d'avantages, " il dit.

Fellow co-auteur principal, le Dr Peter Reece, de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud, affirme que cette recherche de validation de principe est une avancée significative dans un domaine qui devient de plus en plus sophistiqué pour les chercheurs en biologie.

"La perspective de développer une sonde de force à l'échelle nanométrique très efficace est très excitante. L'espoir est que la sonde de force puisse être marquée pour cibler les structures intracellulaires et les organites, permettant la manipulation optique de ces structures intracellulaires, " il dit.

Distingué professeur Dayong Jin, Directeur de l'UTS Institute for Biomedical Materials and Devices (IBMD) et co-auteur de premier plan, affirme que ce travail ouvre de nouvelles opportunités pour l'imagerie fonctionnelle à super résolution de la biomécanique intracellulaire.

« La recherche de l'IBMD est axée sur la traduction des avancées de la photonique et de la technologie des matériaux en applications biomédicales, et ce type de développement technologique est bien aligné sur cette vision, " dit le professeur Jin.

« Une fois que nous aurons répondu aux questions de la science fondamentale et découvert de nouveaux mécanismes de la photonique et de la science des matériaux, nous passons ensuite à les appliquer. Cette nouvelle avancée nous permettra d'utiliser des moyens moins puissants et moins invasifs pour piéger des objets nanoscopiques, tels que les cellules vivantes et les compartiments intracellulaires, pour la manipulation de haute précision et la mesure biomécanique à l'échelle nanométrique."