Nuevo método holográfico

Los ingenieros de la Universidad de Purdue, recientemente han desarrollado una técnica llamada “patrón rápido electrocinético”, que utiliza un láser y hologramas de precisión para posicionar pequeñas y numerosas partículas en cuestión de segundos, lo que representa una nueva potencial herramienta para analizar muestras biológicas o crear dispositivos que utilicen el nanoensamblado, orientado en aplicaciones médicas y medio ambientales.

El dispositivo experimental consta de dos electrodos de óxido de estaño e indio, un material transparente y eléctricamente conductivo. Las placas paralelas están espaciadas a 50 micras, o millonésimas de un metro, lo que equivale al diámetro de un cabello humano. Una muestra que contenga un líquido fluorescente se inyecta entre los dos electrodos, a partir de ahí, un láser cercano al rango infrarrojo del espectro se destaca a través de uno de los electrodos transparentes, aplicándose una pequeña tensión eléctrica entre los dos electrodos.

Las muestras de partículas en el líquido pasan automáticamente a la ubicación de la luz y asumen la forma de holograma, es decir, el método podría utilizarse no sólo para mover las partículas y moléculas a lugares específicos, sino también para crear mini-electrónica o características mecánicas.

La luz calienta la muestra del líquido brevemente, cambiando su densidad y propiedades eléctricas. El campo eléctrico aplicado a las placas en estos actos alteran sus propiedades, causando que la muestra calentada circule, como mucho el aire caliente provoca corrientes de convección en la atmósfera, produciendo un donut con una forma de “vórtice microfluídico” en el líquido que circula entre las dos placas. Este vórtice permite a los investigadores posicionar las partículas en el líquido que circulan por el traslado de la luz láser.

La separación de las partículas es importante para el análisis médico y de muestras ambientales. Este sistema podría permitir a los investigadores el diseño de tecnologías de sensores de partículas que se mueven a regiones específicas en un chip electrónico para la detección o análisis.

Esta técnica supera las limitaciones inherentes a dos de los métodos existentes para la manipulación de partículas medidas en la escala de nanómetros. Una de esas técnicas, llamada “captura óptica”, utiliza un concentrado haz de luz para capturar con precisión la posición de las partículas, sin embargo, es capaz de mover sólo un pequeño número de partículas en un momento determinado. La otra técnica, conocida como dielectroforesis, utiliza campos eléctricos generados a partir de los circuitos metálicos para mover muchas partículas a la vez. Los patrones de circuito, sin embargo, no se puede cambiar una vez que se crean. Ahora, con el nuevo método es posible posicionar simultáneamente numerosas partículas y cambiarse rápidamente simplemente cambiando la forma del holograma o la posición de la luz. Si se desea por ejemplo un patrón de partículas individuales en una escala masiva utilizando métodos electrocinéticos, podría tomar horas o incluso días, mientras que con éste nuevo sistema se haría en cuestión de segundos.

El método ofrece la promesa para el futuro de la tecnología “lab-on-a-chip”, es decir, el uso de chips electrónicos para analizar muestras biológicas para aplicaciones médicas y ambientales. Los científicos en la actualidad están intentando desarrollar chips que ofrezcan un “alto rendimiento”, lo que significa, mejorar la capacidad de detectar rápidamente numerosas partículas o moléculas, como proteínas, utilizando una muestra lo más pequeña posible.

Las denominadas “pinzas ópticas”, utilizan la luz para posicionar objetos, tales como células o moléculas. Sin embargo, si se utilizara pinzas mecánicas convencionales para mover por ejemplo unas moléculas, al ser demasiado muy delicadas, se dañarían, y esa es la razón por el que las técnicas como la “pinza óptica” o la “dielectroforesis” son muy populares.

Más información: Universidad de Purdue