Forskare från Purdue University har utvecklat en ny klass av optiska nanotweezers som kan fånga och detektera biomolekyler, virus och DNA snabbare. Tekniken kan också använda ljus för att snabbt upptäcka cancer eller förbättra produktionen av mediciner, ett viktigt steg framåt eftersom nästan hälften av amerikanerna har använt minst ett receptbelagt läkemedel under den senaste månaden.

Forskarna utvecklade en nanostrukturerad plasmonisk metafilm genom att perforera hål i nanoskala i en guldfilm. Sedan, metafilmen fungerar som en pincett för att fånga och fånga små partiklar genom att fokusera ljus på specifika punkter på filmen och genom att värma upp dessa fläckar och skapa lokala termiska gradienter i den omgivande vätskan. Detta ger en liten tornadoliknande effekt.

"Allt detta resulterar i ett revolutionerande kompakt lab-on-a-chip - ett innovativt tillvägagångssätt för att upptäcka och diagnostisera en tumör eller en virussjukdom, sade Alexander Kildishev, en docent vid Purdues School of Electrical and Computer Engineering, som hjälpte till att leda forskargruppen.

Purdue plasmoniska metafilmer använder en kombination av termiska och elektriska fält för att skapa hydrodynamiska flöden som resulterar i snabb transport av suspenderade partiklar, för dem till ytan av metallfilmen för enkel fångst och upptäckt.

En annan fördel med det nya systemet är den ökade förmågan att sortera dessa små partiklar och sedan kollektivt upptäcka sorterade mönster som läkemedelsföroreningar eller vattenföroreningar. Tekniken har potentiella tillämpningar för läkemedel, biohazard upptäckt och vattenkvalitetstester.

"Så vitt vi vet, våra plasmoniska nanotweezers är mer robusta i att fånga och detektera molekyler än tidigare jämförbara lab-on-a-chip-system, ", sa Kildishev. "Vårt system ger också bättre känslighet och förbrukar mindre laserkraft. Vi har skapat en avancerad fristående lab-on-a-chip-plattform som gör att vi kan fånga och upptäcka farliga partiklar som drog- och vattenföroreningar och ta bort dem från vätskor."

"Vårt system är mycket flexibelt att styra och erbjuder ett brett utbud av funktioner, " sa Kildishev. "Vi använder multifunktionella, billiga ljuskällor för att överträffa dyrare alternativ."

Purdue nanotweezers kan också användas med dessa billiga bredbandsljuskällor för att kombinera ädelmetall och dielektriska nanopartiklar, som kan ha tillämpningar för långvarig, icke blekande färgutskrift.