Более тридцати лет назад ученые из лаборатории Bell Labs впервые создали устройство, которое при помощи луча фокусированного лазерного света позволяло манипулировать крошечными объектами. Позже эти устройства окрестили термином «оптический пинцет» и они стали одним из видов незаменимых инструментов при проведении исследований в биологии, медицине и т.п. Но до последнего времени оптические пинцеты не позволяли манипулировать объектами, размер которых был меньше нескольких сотен нанометров.

Ключевым прорывом, позволившим при помощи оптических пинцетов манипулировать наноразмерными объектами, стало использование принципов плазмоники. Напомним нашим читателям, что плазмоника — это область, в которой используются свойства плазмонов, колеблющихся облаков свободных электронов, образующихся на поверхности некоторых металлов при освещении их светом с определенными параметрами.

Исследователи из института Институте Науки (IISc) в Бангалоре, Индия, добавили еще одну составляющую к технологии оптического нанопинцета, объединив плазмонику с винтообразными магнитными микророботами. Это позволило обойти ряд ограничений, действующих по отношению к объектам, «захватываемым» в ловушку нанопинцета.

Плазмонные нанопинцеты работают за счет сил, источником которых является электромагнитное поле, создаваемое колебаниями плазмонов, возникающих на поверхности наноструктур, освещаемых светом лазера. Главным недостатком такого подхода является то, что эти наноструктуры обычно создаются на поверхности металлического основания и плазмонные нанопинцеты могут эффективно действовать только в небольшом объеме пространства.

Индийские исследователи обошли это ограничение, разместив плазмонные наноструктуры на поверхности подвижного микроробота, который может передвигаться под управлением внешнего магнитного поля. При помощи комбинации изменения параметров магнитного поля и параметров света лазера, новый микроробот-нанопинцет может захватывать, транспортировать и высвобождать объекты в жидкой среде, обеспечивая высокую скорость и субмикронную точность.

Мобильный нанопинцет (mobile nanotweezer, MNT), как назвали свою разработку ученые, представляет собой микроробота, изготовленного из магнитного материала, которому придана винтовая форма и на поверхность которого нанесен слой серебряных наночастиц, способных взаимодействовать со светом, вырабатывая поверхностные плазмоны. Внешнее переменное магнитное поле заставляет микроробота вращаться и за счет своей винтовой формы он может передвигаться со скоростью, зависящей от частоты вращения. При сближении микроробота с целью включается лазер, свет которого активирует плазмоны, за счет которых микроробот захватывает и удерживает целевой объект до тех пор, пока лазер не отключается.

Исследователи считают, что разработанная ими технология будет особенно полезна ученым-биологам, ведь она позволяет манипулировать субмикронными объектами, живыми бактериями, к примеру, не нанося им никакого физического урона. А в будущем такие роботы-нанопинцеты могут использоваться для сборки различных наноустройств, при этом, роботы смогут работать группами, подобно тому, как промышленные роботы выполняют сборку автомобилей, движущихся по конвейеру.