Illustratie en theoretische analyse van het GET-systeem. a Illustratie van het bedieningsmechanisme van het GET-systeem. Het tangentiële wisselstroomveld induceert een elektro-osmotische stroom die radiaal naar buiten is. Door gebruik te maken van een cirkelvormige geometrie met een leeg gebied, creëert de radiaal naar buiten gerichte elektro-osmotische stroom een stagnatiezone in het midden van het lege gebied waar opsluiting plaatsvindt. b Een array van nanogaten met een vierkant rooster genereert een elektro-osmotische stroom naar buiten. c Vier vierkante roosterarrays creëren ac-elektro-osmotische stromen die naar het midden convergeren. d Een nanohole-array met radiaal rooster genereert ac-elektro-osmotische stromen die convergeren naar het midden van het lege gebied. b – d illustreren de evolutie van een nanohole-array met vierkant rooster naar een nanohole-array met radiaal rooster. e Stralingsenergiestroom voor een dipoolfluorescentie-emitter geplaatst in het midden van het lege gebied, die het vermogen toont om de GET-val te benutten om ook uitgezonden fotonen van opgesloten deeltjes te bundelen. f COMSOL-simulatie van de radiale elektro-osmotische stroming, waaruit blijkt dat de geometrie van het lege gebied resulteert in een tegengestelde elektro-osmotische stroming die in het midden een stagnatiezone vormt. Het vangen van deeltjes vindt plaats in het midden van het lege gebied waar de stromingsvectoren samenkomen. De positie voor het vangen van deeltjes wordt gemarkeerd met groene stippen, een SEM-afbeelding van de plasmonische metasurface-array met lege gebieden en een ingezoomde versie van een individuele GET-val. Elk leeg gebied vertegenwoordigt een GET-val en kan naar wens gemakkelijk worden opgeschaald van honderden naar duizenden of miljoenen. Credit: Natuurcommunicatie (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40549-7
Vanderbilt-onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om objecten op nanoschaal, zoals mogelijk kankerverwekkende extracellulaire blaasjes, sneller en nauwkeuriger te vangen met behulp van geavanceerde plasmonische nanopincetten.
De praktijk van Justus Ndukaife, assistent-professor elektrotechniek, en Chuchuan Hong, een onlangs afgestudeerde Ph.D. student van de Ndukaife Research Group, en momenteel een postdoctoraal onderzoeker aan de Northwestern University, is gepubliceerd in Natuurcommunicatie.
Optische pincetten zijn, zoals erkend met de Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2018, bedreven gebleken in het manipuleren van materie op micronschaal, zoals biologische cellen. Maar hun effectiviteit neemt af als het om objecten op nanoschaal gaat. Deze beperking vloeit voort uit de diffractielimiet van licht die focussering van licht op nanoschaal verhindert.
Een baanbrekend concept in de nanowetenschap, genaamd plasmonics, wordt gebruikt om de diffractielimiet te overschrijden en licht tot de nanoschaal te beperken. Het vangen van objecten op nanoschaal in de buurt van plasmonische structuren kan echter een langdurig proces zijn vanwege het wachten tot nanodeeltjes de structuren willekeurig naderen.
Maar Ndukaife en Hong hebben een snellere oplossing geboden met de introductie van een plasmonische nanotweezer-technologie met hoge doorvoer, genaamd “Geometry-Induced Electrohydrodynamic Tweezers” (GET), die het snel en parallel vangen en positioneren van afzonderlijke biologische objecten op nanoschaal, zoals extracellulaire blaasjes, mogelijk maakt. plasmonische holtes in enkele seconden zonder schadelijke verwarmingseffecten.
“Deze prestatie markeert een belangrijke wetenschappelijke mijlpaal en luidt een nieuw tijdperk in voor optische vangst op nanoschaal met behulp van plasmonics”, zegt Ndukaife. “De technologie kan worden gebruikt om afzonderlijke extracellulaire blaasjes met een hoge doorvoersnelheid op te vangen en te analyseren om hun fundamentele rol bij ziekten zoals kanker te begrijpen.”
Ndukaife heeft onlangs een artikel gepubliceerd in Nano-brieven waarin het gebruik van optische anapolen wordt besproken om extracellulaire blaasjes en deeltjes van nanogrootte effectiever op te vangen om hun rol bij kanker en neurodegeneratieve ziekten te analyseren.
Meer informatie:
Chuchuan Hong et al., Schaalbare vangst van enkele extracellulaire blaasjes van nanogrootte met behulp van plasmonics, Natuurcommunicatie (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40549-7
Tijdschriftinformatie:
Natuurcommunicatie
,
Nano-brieven
Geleverd door Vanderbilt Universiteit
