Hoe geavanceerde optische pincetten een revolutie teweegbrachten in celmanipulatie?

Optische pincetten (OT’s), ook wel optische vallen genoemd, zijn zeer gerichte laserstralen die kunnen worden gebruikt om microscopisch kleine objecten te vangen en te manipuleren met een contactloze kracht. OT’s worden gebruikt in een breed scala van nano- en microschaaloperaties en zijn bijzonder nuttig geworden bij de manipulatie van biologische objecten, waaronder menselijke cellen.

Een nieuwe recensie gepubliceerd in The European Physical Journal Plus brengt de nieuwste prestaties in OT’s van de afgelopen decennia over. De recensie is geschreven door onderzoekers van het College of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang, China – Sheng Hu, Jun-yan Ye, Yong Zhao en Cheng-Liang Zhu.

“Het is algemeen bekend dat de cel de basiseenheid van het menselijk leven is. Als we mutatie, proliferatie en necrose van cellen kunnen begrijpen, zouden ziekten in het menselijk lichaam worden ontdekt en opgelost op celniveau”, zegt Hu. . “Optisch pincet kan dus worden gezien als een pionier die wordt gebruikt om deze moleculen te beperken, zodat nauwkeurigere biometingen de veranderingen in één cel kunnen vastleggen, inclusief eiwitten, mitochondriën en DNA.”

De auteurs beginnen met het uitleggen van de oorsprong van OT’s die teruggaan tot het werk van James Clerk Maxwell en het feit dat licht, ondanks het ontbreken van massa, momentum kan hebben. Het momentum van licht zou dus een mechanisch effect in de materie kunnen creëren. Dit concept zou later worden ontwikkeld tot het idee dat kleine deeltjes kunnen worden opgehangen door optische apparaten.

De auteurs wijzen erop dat de komst van laserinstrumenten – het coherente licht met zowel hoge intensiteit als goede monochromatische kenmerken – leidde tot de optische manipulatie van dergelijke microdeeltjes, met de stabiele vangst van microdeeltjes die in 1986 werd bereikt.

OT’s hebben zich nu ontwikkeld tot het stadium waarin ze kunnen worden gebruikt om verschillende biologische deeltjes op te vangen, te sorteren, te transporteren en te verrijken. Voor meer gecompliceerde en delicate taken worden enkele optische stralen nu ondersteund door apparaten zoals akoesto-optische modulatoren en elektrisch trillende spiegels.

De onderzoekers voegen eraan toe dat OT’s nu kunnen worden gebruikt om een ​​nieuwe microscopie-opstelling te begeleiden, genaamd “human bright eye”, om de microstructuur bestaande uit micro/nano-deeltjes te manifesteren. Dit betekent dat OT’s kunnen fungeren als een “menselijke slanke vinger” die deze deeltjes subtiel vasthoudt terwijl dit nep-menselijke oog ze onderzoekt.

Het team beschrijft de voordelen die OT’s bieden ten opzichte van vergelijkbare technieken, zoals atomaire krachtmicroscopen (AFM), magnetische pincetten (MT) en akoestische pincetten (AT. Deze voordelen omvatten het bieden van een fijnere krachtsterkte, hun niet-invasieve aard en de in feite zijn ze opgebouwd uit meerdere optische componenten.

Dit betekent dat optische manipulatie en OT’s specifiek toepassingen hebben gevonden in uiteenlopende gebieden als biologie, farmacologie en klinische onderzoeksgebieden die nano- en microdeeltjes van moleculen tot cellen aangrijpen.

“Gezien de potentiële ‘echte’ toepassingen van OT’s is er nog een lange weg te gaan,” concludeerde Hu. “Het probleem van stralingsblootstelling aan cellen of eiwitten moet bijvoorbeeld worden verbeterd. Bovendien is het nog steeds moeilijk om stabiliteit van optische patronen voor submicroschaaldeeltjes te bereiken, wat een gecompliceerde optische aanpassing weerspiegelt. Hoewel dit tot verwarring en soms zelfs frustratie kan leiden , motiveren de intrigerende biologische presentaties ons om de voortgang van de techniek te vergemakkelijken.”