Nanopinzas ópticas que baten el récord mundial

Investigadores del ICFO consiguen atrapar objetos del tamaño de un virus sin dañarlos

Dibujo de un virus atrapado ópticamente por un nano-agujero en una película metálica.
Dibujo de un virus atrapado ópticamente por un nano-agujero en una película metálica.ICFO

Investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona han hecho público en la revista Nature Physics un experimento en el cual consiguen atrapar con luz partículas de tan sólo 50 nanómetros (milmillonésimas de metro). Hasta ahora objetos tan pequeños (del mismo tamaño de un virus) no se podían agarrar. Para conseguir el mismo resultado con los medios hasta ahora disponibles, hubiera sido necesario aplicar una fuerza 10 veces mayor que destrozaría objetos tan pequeños. El resultado del ICFO, posible gracias al apoyo de la Fundació Cellex Barcelona, informa el instituto, abre la puerta a manipular moléculas y microorganismos sin dañarlos.

"Agarrar con palillos un trocito de sushi sin desmontarlo no es fácil", bromea Romain Quidant, líder del grupo que ha conseguido el resultado. "Imagínense la dificultad de hacerlo con objetos millones de veces más pequeños y con palillos hechos de luz", añade. En efecto, la herramienta utilizada por el equipo del ICFO es una pinza óptica. Este sistema utiliza una propiedad singular de los haces de luz enfocados: su capacidad de atrapar partículas muy pequeñas.

Desde su invención, en los setenta, las pinzas ópticas han logrado agarrar objetos cada vez menores. Cuanto más enfocada la luz, menor la magnitud de la partícula atrapada. Recientemente, este proceso se ha encontrado con una barrera: la física prevé que la luz no se puede enfocar más allá del llamado límite de difracción. Para la luz normal, este límite está entre 500 y 1.000 nanómetros.

Sin embargo, los científicos han diseñado distintas estrategias para sortear este problema. El año pasado, el equipo de Quidant fabricó una nanopinza capaz de atrapar una bacteria de tan solo 1 micra, sin dañarla, pero los investigadores no se han parado aquí. Objetos como virus, proteínas o cadenas de ADN son aún más pequeños y la única manera de atraparlos es aumentar la intensidad de la luz enfocada. El problema es que una luz tan intensa quemaría cualquier partícula de este tamaño. El equipo de Quidant ha conseguido superar también esta barrera, reduciendo en 10 veces la intensidad necesaria.

Su nanopinza tiene una particular estructura geométrica, que consiste de un agujero nanométrico en una película metálica. Cuando esta estructura se ilumina con láser, se produce en el agujero un fenómeno llamado resonancia de plasmón, que permite atrapar una partícula que se coloque en su proximidad. "El efecto es parecido a un estira y afloja", explica Quidant. "Cuando la partícula se encuentra bien colocada en el agujero, la intensidad de luz necesaria para atraparla es muy baja", detalla el investigador, "pero si se aleja, la intensidad sube sólo lo suficiente para volverla a reconducir al centro".

El nuevo sistema se añade a la caja de herramientas nanoscópicas que se han ido desarrollando en los últimos años. Estos instrumentos se están integrando, por ejemplo, en sensores portátiles capaces de detectar sustancias dopantes, fármacos o precursores tumorales en una muestra tan pequeña como una única gota de sangre. Asimismo, las nano-herramientas podrían constituir las piezas esenciales de todo tipo de circuito nanoscópico.

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