工程师制造微米级的光镊

2018年，开发光学镊子的物理学家Arthur Ashkin获得了诺贝尔奖的一半，他使用了紧密聚焦的激光束来隔离和移动微米级的物体(红血球的大小)。现在，范德比尔特大学电气工程学助理教授Justus Ndukaife已开发出首个光热电镊子，即光学纳米镊子，它可以捕获和操纵更小的物体。

8月31日，《用光热电流体动力镊子截留并捕获亚10纳米以下物体和生物分子的文章》在线发表在《自然纳米技术》杂志上。

该文章由Ndukaife以及正在Ndukaife实验室进行研究的研究生Chuchu Hong和Sen Yang撰写。

微米级光镊代表了生物学研究的重大进步，但其可使用的物体尺寸有限。这是因为用作光学镊子钳的激光束只能将激光聚焦到一定直径(大约是激光波长的一半)。对于波长为700纳米的红光，镊子只能使用低功率聚焦和操纵直径约为350纳米或更大的物体。当然，尺寸是相对的，因此，虽然350纳米的尺寸非常小，但它会排除甚至更小的分​​子，例如病毒，其尺寸为100纳米，或者DNA和蛋白质的尺寸小于10纳米。

Ndukaife用OTET建立的技术在激光束和它所捕获的分子之间留下了几微米的距离，这是这些新型细镊子如何工作的另一个重要因素。恩杜卡菲说：“我们已经制定了一种策略，使我们能够钳制极小的物体，而不会将其暴露于会破坏分子功能的高强度光或热中。” “捕获和操纵如此小的物体的能力使我们能够了解我们的DNA和其他生物分子在单个层面上表现得非常详细的方式。”

在OTET之前，只能使用高速离心机分离诸如细胞外囊泡之类的分子。但是，该技术的高成本阻碍了其广泛采用。另一方面，OTET有潜力被预算较小的研究人员广泛使用。镊子还可以根据物体的大小对物体进行分类，这在寻找特定的外泌体时很重要，外泌体是细胞分泌的细胞外囊泡，可能导致癌症转移。外泌体的大小范围为30到150纳米，对特定外泌体的分类和研究通常被证明具有挑战性。

Ndukaife设想的OTET的其他应用包括通过捕获病毒来检测病原体，以研究和研究有助于与神经退行性疾病(如阿尔茨海默氏病)相关的蛋白质。这两种应用都可能有助于早期发现疾病，因为镊子可以有效捕获低水平的分子，这意味着在研究引起疾病的分子之前不必先全面研究疾病。OTET也可以与其他研究技术相结合，例如生物荧光和光谱学。

Ndukaife说：“在OTET的应用方面，天空是极限。”与技术转让和商业化中心合作，就该技术申请专利的Ndukaife说。“我期待看到其他研究人员如何在其工作中利用其功能。”