Подобно телепортации, клонированию и невидимости, притягивающие лучи являются одним из тех старых клише из научно-фантастических фильмов, которые многие из нас хотели бы, чтобы они были реальными. Но некоторые исследователи из Массачусетского технологического института только что изобрели миниатюрный притягивающий луч, достаточно маленький, чтобы поместиться на чипе. Хотя он еще не может тянуть за собой целый линкор, как в «Звездных войнах», он все же может манипулировать биологическими частицами, такими как клетки и ДНК.
MIT создал оптический притягивающий луч на основе чипа, который фокусирует проникающий луч на расстоянии более 5 миллиметров от поверхности чипа. Возможно, это звучит не так уж и много, но это меняет правила игры по сравнению с предыдущими встроенными «оптическим пинцетами», которые могли работать только в пределах нескольких микрон от чипа. Эти старые методы по сути удаляли клетки из стерильных стеклянных контейнеров (обычно используемых в биологических экспериментах) и помещали их непосредственно на поверхность чипа, тем самым увеличивая риск заражения.
Этот прорыв меняет эти ограничения. Более широкое устройство Массачусетского технологического института может точно захватывать биологические образцы и перемещать их через стекло, одновременно запечатывая в стандартный контейнер для покровных стекол. Весь процесс поддерживается в чистоте и стерильности.
Что касается принципа работы микропритягивающего луча, то он основан на кремниевом фотонном компоненте, называемом интегрированной оптической фазированной решеткой. Он использует процессы производства полупроводников для создания массивов крошечных антенн на чипах. Вместе эти антенны могут формировать и направлять сфокусированный луч, просто регулируя время светового сигнала, возбуждающего каждый элемент антенны.
По словам команды, система «на порядки лучше, чем предыдущие демонстрации», как отмечается в пресс-релизе MIT.
Еще одним важным улучшением является то, что эта новая система впервые уменьшает функциональность притягивающего луча до размера чипа. Типичные конструкции для той же цели не только ограничены по объему, но и довольно громоздки, требуя установки в лаборатории большого микроскопа и множества устройств для формирования и управления светом.
Чтобы проверить свое изобретение, инженеры Массачусетского технологического института сначала использовали чип для захвата и манипулирования крошечными сферами полистирола (эталонными частицами, используемыми в экспериментах). Как только это сработало, они перешли к захвату и перемещению живых раковых клеток.
Хотя это все еще находится на ранних стадиях, его потенциальное влияние на биологические исследования и даже клиническое применение огромно. Этот луч можно использовать для анализа ДНК, классификации клеток, изучения механизмов заболеваний и использования в различных новых экспериментальных и диагностических инструментах.
Исследователи также надеются продолжить совершенствование системы, включая добавление регулируемой фокусировки луча, одновременное использование нескольких точек захвата и применение ее к различным биологическим системам.