Un equipo de investigación dirigido por el profesor YongKeun Park del Departamento de Física de KAIST ha desarrollado una técnica de manipulación óptica que puede controlar libremente la posición, orientación y forma de muestras microscópicas que tienen formas complejas. El estudio se ha publicado en línea en Comunicaciones de la naturaleza el 22 de mayo
Las técnicas de manipulación óptica convencionales llamadas "pinzas ópticas" se han utilizado como una herramienta invaluable para ejercer una fuerza a microescala sobre partículas microscópicas y manipular posiciones tridimensionales 3-D de partículas. Las pinzas ópticas emplean un láser de enfoque estrechocuyo diámetro del haz es menor que un micrómetro 1/100 del grosor del cabello, lo que puede generar una fuerza de atracción sobre las partículas microscópicas vecinas que se mueven hacia el foco del haz. El control de las posiciones del foco del haz permitió a los investigadores sostener las partículas y moverlas libremente haciaotros lugares, por lo que acuñaron el nombre de "pinzas ópticas" y se han utilizado ampliamente en varios campos de estudios físicos y biológicos.
Hasta ahora, la mayoría de los experimentos con pinzas ópticas se han realizado para atrapar partículas esféricas porque los principios físicos pueden predecir fácilmente las fuerzas ópticas y el movimiento de respuesta de las microesferas. Sin embargo, para atrapar objetos que tienen formas complicadas, las pinzas ópticas convencionales inducen un movimiento inestable de tales partículas, y la orientación controlable de tales objetos es limitada, lo que dificulta el control del movimiento tridimensional de objetos microscópicos que tienen formas complejas, como células vivas.
El equipo de investigación ha desarrollado una nueva técnica de manipulación óptica que puede atrapar objetos complejos de formas arbitrarias. Esta técnica primero mide las estructuras 3-D de un objeto en tiempo real utilizando un microscopio holográfico 3-D, que comparte el mismo principio físico deImágenes por TC de rayos X. Basándose en la forma tridimensional medida del objeto, los investigadores calculan con precisión la forma de la luz que puede controlar de forma estable el objeto. Cuando la forma de la luz es la misma que la forma del objeto, la energíadel objeto se minimiza, lo que proporciona la captura estable del objeto que tiene la forma complicada.
Además, al controlar la forma de la luz para que tenga varias posiciones, direcciones y formas de objetos, es posible controlar libremente el movimiento 3-D del objeto y hacer que el objeto tenga la forma deseada. Este proceso se asemeja a la generaciónde un molde para fundir una estatua que tiene la forma deseada, por lo que los investigadores acuñaron el nombre de la técnica actual "molde tomográfico para captura óptica TOMOTRAP". El equipo logró atrapar glóbulos rojos humanos individuales de forma estable, rotándolos con las orientaciones deseadas,en forma de L y ensamblando dos glóbulos rojos para formar una nueva estructura. Además, las células de cáncer de colon que tienen una estructura compleja podrían quedar atrapadas de manera estable y rotar en las orientaciones deseadas. Todo lo cual ha sido difícil de realizar porlas técnicas ópticas convencionales.
El profesor Park dijo: "Nuestra técnica tiene la ventaja de controlar el movimiento 3-D de objetos de formas complejas sin conocer información previa sobre su forma y características ópticas, y puede aplicarse en varios campos, incluidos la física, la óptica, la nanotecnología y la medicina.Ciencias."
El Dr. Kyoohyun Kim, autor principal de este artículo, señaló que esta técnica puede inducir una deformación controlada de células biológicas con las formas deseadas. "Este enfoque también se puede aplicar al monitoreo en tiempo real del pronóstico quirúrgico de cirugías a nivel celular paracapturando y deformando células, así como orgánulos subcelulares ", agregó Kim.
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Materiales proporcionado por Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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