Новый инструмент: ученые разработали фотоэлектрический пинцет

Новости МирТесен

Для перемещения хрупких объектов не всегда можно использовать механические захваты и мощные оптические лучи. В качестве решения этой задачи физики разработали фотоэлектрический пинцет.

Оптические пинцеты предоставляют уникальные возможности для исследований в области физики, биологии и медицины. С их помощью можно манипулировать микроскопическими и хрупкими объектами, которые невозможно захватить традиционными методами.

Для функционирования подобных устройств необходимы лазерные лучи с высокой интенсивностью, сложные электроды и среда с низкой проводимостью. Эти факторы создают определенные ограничения препятствуют широкому применению оптических пинцетов.

Команда исследователей во главе с доктором Ду Сюэминем ( Du Xuemin) из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайская академия наук разработала новый фотопироэлектрический пинцет ( Photopyroelectric Tweezer, PPT), основанное на использовании свойств световых и электрических полей для воздействия на материю. Исследование опубликовано в журнале The Innovation.

Созданный исследователями инструмент для манипулирования микрообъектами включает в себя два основных элемента: генератор лазерного излучения в ближней инфракрасной области спектра и систему, состоящую из жидкой среды и фотопироэлектрического основания.

Фотопироэлектрический субстрат формируется из композитных материалов, содержащих микрочастицы жидких металлов, галлия и индия. Ученые интегрировали эти материалы в поли(винилиденфторид-ко-трифторэтилен) ( LMPs/P(VDF-TrFE)), и покрыли слоем смазки с низким трением. Полимерный слой генерирует Это позволяет отслеживать поверхностные заряды в режиме реального времени благодаря фотопироэлектрическому эффекту – процессу возникновения электрического поля при воздействии света на материал. Кроме того, слой смазки уменьшает сопротивление движению и препятствует экранированию зарядов проводящей средой.

Тщательно продуманная конструкция фотоэлектрического пинцета обеспечивает эффективное и стабильное создание поверхностных зарядов под действием инфракрасного излучения небольшой мощности, достигающей 8,3 милливатт на квадратный миллиметр. С помощью такого излучения ученые получили от устройства значительную движущую силу, равную 0,46 микроньютона, без необходимости использования лазерного луча высокой интенсивности, сложных электродов и дополнительных источников энергии.

Предлагаемый пинцет дает возможность дистанционно и с высокой точностью манипулироватьОбъекты, используемые в системе, могут быть изготовлены из разнообразных материалов, включая полимеры, неорганические соединения и металлы, находиться в разных состояниях – от пузырьков до твердых тел – и иметь различную геометрическую форму, такую как сферы, кубоиды или проволоки. Разработанное решение приспособлено для работы в средах с широким диапазоном электропроводности и совместимо как с крупномасштабными, так и с микроскопическими платформами. Система, разработанная исследователями, позволяет осуществлять перемещения на расстояния от 5 микрометров до двух с половиной миллиметров, обеспечивая возможность управления твердыми объектами, каплями жидкости и биологическими образцами – начиная от отдельных клеток и заканчивая их агрегатами.

Новый фотопироэлектрический пинцет, разработанный учеными, расширяет перспективы в робототехнике, коллоидной химии, биологии и медицине, инженерии тканей и нейронауках.