Tre år sedan, Arthur Ashkin vann Nobelpriset för att ha uppfunnit en optisk pincett, som använder ljus i form av en kraftfull laserstråle för att fånga och manipulera partiklar. Trots att det skapades för decennier sedan, optisk pincett leder fortfarande till stora genombrott och används idag flitigt för att studera biologiska system.

Dock, optiska pincetter har brister. Den långvariga interaktionen med laserstrålen kan förändra molekyler och partiklar eller skada dem med överdriven värme.

Forskare vid University of Texas i Austin har skapat en ny version av optisk pincetteknik som löser detta problem, en utveckling som skulle kunna öppna de redan ansedda verktygen för nya typer av forskning och förenkla processer för att använda dem idag.

Genombrottet som undviker detta problem med överhettning kommer ur en kombination av två koncept:användningen av ett substrat som består av material som kyls när ett ljus lyser på dem (i detta fall, en laser); och ett koncept som kallas termofores, ett fenomen där rörliga partiklar vanligtvis dras mot en svalare miljö.

De kallare materialen drar till sig partiklar, gör dem lättare att isolera, samtidigt som de skyddar dem från överhettning. Genom att lösa värmeproblemet, optisk pincett skulle kunna bli mer allmänt använd för att studera biomolekyler, DNA, sjukdomar med mera.

"Optisk pincett har många fördelar, men de är begränsade eftersom när ljuset fångar föremål, de värms upp, sa Yuebing Zheng, motsvarande författare till en ny tidning publicerad i Vetenskapliga framsteg och docent vid Walker Institutionen för maskinteknik. "Vårt verktyg tar sig an denna kritiska utmaning; istället för att värma de fångade föremålen, vi har dem kontrollerade vid en lägre temperatur."

Optisk pincett gör samma sak som vanlig pincett - plocka upp små föremål och manipulera dem. Dock, optisk pincett fungerar i mycket mindre skala och använder ljus för att fånga och flytta föremål.

Analys av DNA är en vanlig användning av optiska pincetter. Men det kräver att man fäster glaspärlor i nanostorlek till partiklarna. För att sedan flytta partiklarna, lasern lyser på pärlorna, inte partiklarna själva, eftersom DNA:t skulle skadas av ljusets värmeeffekt.

"När du tvingas lägga till fler steg i processen, du ökar osäkerheten eftersom du nu har introducerat något annat i det biologiska systemet som kan påverka det, " sa Zheng.

Denna nya och förbättrade version av optisk pincett eliminerar dessa extra steg.

Teamets nästa steg inkluderar att utveckla autonoma kontrollsystem, vilket gör dem lättare för personer utan specialutbildning att använda och utökar pincettens förmåga att hantera biologiska vätskor som blod och urin. Och de arbetar med att kommersialisera upptäckten.

Zheng och hans team har mycket variation i sin forskning, men allt handlar om ljus och hur det interagerar med material. På grund av detta fokus på ljus, han har följt noga, och används, optisk pincett i sin forskning. Forskarna var bekanta med termofores och hoppades att de kunde utlösa den med kallare material, som faktiskt skulle dra partiklar till lasern för att förenkla analysen.