en un artículo publicado en Informes científicos de la naturaleza , un equipo de investigadores del Instituto Politécnico de Worcester WPI ha demostrado cómo se puede miniaturizar un dispositivo que usa rayos de luz para agarrar y manipular objetos pequeños, incluidas células individuales, abriendo la puerta para crear dispositivos portátiles lo suficientemente pequeños como para serinsertado en el torrente sanguíneo para atrapar células cancerosas individuales y diagnosticar el cáncer en sus primeras etapas.
La técnica, conocida como pinzas ópticas, utiliza haces ópticos de luz láser para crear un campo de fuerza atractivo que puede retener o atrapar objetos pequeños en su lugar sin contacto físico. Las pinzas ópticas tradicionales enfocan la luz con una lente grande y costosa,lo que hace que el dispositivo sea voluminoso y susceptible a las fluctuaciones ambientales. Estas limitaciones hacen que las pinzas ópticas sean imposibles de usar fuera del laboratorio.
En su documento de Informes científicos "Detección de posición basada en fibra sin lente objetiva con resolución nanométrica en un sistema de captura de fibra óptica", un equipo dirigido por Yuxiang "Shawn" Liu, profesor asistente de ingeniería mecánica, explica cómo funcionaha podido reemplazar las lentes con pequeñas fibras ópticas y miniaturizar el dispositivo.
"Actualmente, para detectar el cáncer, debe esperar hasta que haya un tumor visible o un volumen suficiente de células cancerosas en una muestra de sangre", dijo. "Para ese momento, el cáncer puede estar avanzado. Pero el cáncer comienza con un solocélulas. Si los médicos pudieran separar esas células de entre millones de células sanguíneas, podríamos detectar el cáncer mucho antes, en un punto donde no es visible utilizando otras técnicas. Esto podría adelantar los diagnósticos por meses o incluso años, y hacer que el tratamiento sea mucho más exitoso"
Primero demostrado en la década de 1980, las pinzas ópticas se han convertido en una herramienta crítica para que los científicos en biología, química y física realicen experimentos a escala molecular y celular. Ya que pueden atrapar objetos pequeños y mantenerlos en su lugar, lejos del contacto conCualquier cosa que pueda alterar su estado o función, las pinzas permiten estudiar materiales o células individuales sin eliminarlos de sus entornos nativos.
Si bien los dispositivos podrían ser útiles en el campo por ejemplo, para analizar muestras de agua o suelo o en hospitales y consultorios médicos, su diseño actual los hace demasiado grandes aproximadamente de 2 a 3 pies de altura y aproximadamente 2 pies.ancho y demasiado sensible su precisión puede verse afectada por una corriente de aire ligera para ser útil fuera de un entorno de laboratorio altamente controlado.
Para hacer el dispositivo más pequeño, más liviano y más portátil, Liu decidió reemplazar la lente con fibras ópticas de vidrio. Pero dado que una fibra óptica es extremadamente delgada aproximadamente del ancho de un cabello humano, su punta es demasiado pequeña para actuarcomo una lente, por lo que una sola fibra no puede enfocar un rayo láser con la intensidad suficiente para crear una trampa óptica. Liu descubrió que podía crear una trampa óptica tridimensional utilizando dos fibras para proyectar rayos de luz que se cruzaran. De esta manera podría sostener unapequeño objeto esférico en su lugar mientras se determina simultáneamente su posición con precisión nanométrica y se mide la fuerza del agarre de la trampa sobre el objeto.
"Esto demuestra que no necesitamos la lente para crear la trampa", dijo Liu, quien ha estado trabajando en este proyecto durante unos 12 años. "Si queremos tener un sistema pequeño y portátil, solo necesitamos fibras ópticaspara atrapar y medir las células "
Al usar fibras ópticas, Liu dijo que puede construir pinzas ópticas que son más robustas y 100 veces más pequeñas que las versiones tradicionales. Con investigaciones adicionales, dijo que cree que puede crear un dispositivo clínico del tamaño de una jeringa normal que podría serinsertado en un vaso sanguíneo para atrapar células individuales. Dijo que las pinzas incluso podrían formar parte de un laboratorio en un chip del tamaño de un sello de correos, que integra algunas funciones de laboratorio en un circuito integrado. Los chips podrían venderse enfarmacias para que los pacientes puedan hacerse la prueba en casa
Liu está colaborando con Qi Wen, profesor asociado de física, y Songbai Ji, profesor asociado de ingeniería biomédica. Estudiantes de doctorado Chaoyang Ti ingeniería mecánica, Yao Shen ingeniería mecánica y Minh-Tri Ho-Thanh físicatambién forman parte del equipo de investigación.
Si bien las aplicaciones clínicas de las pinzas de fibra óptica pueden demorar varios años, el equipo de investigación está trabajando para refinar aún más su dispositivo, creando un nuevo paquete para proteger las puntas quebradizas de las fibras ópticas y hacer que las pinzas sean más fáciles de usarpara otros investigadores. También están trabajando para encontrar fuentes láser y detectores ópticos pequeños y de bajo costo.
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Materiales proporcionado por Instituto Politécnico de Worcester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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