Манипулировать микрочастицами (включая отдельные клетки), полагаясь на использование пучка лазерного излучения, называемого оптическим пинцетом, давно не проблема. А вот захват наночастиц представляется куда более трудной задачей.
Сила, необходимая для захвата частицы оптическим пинцетом, растёт пропорционально убыванию её размера. В теории оптический пинцет способен перемещать частицы диаметром в 10 нм, однако такой инструмент потребует мощнейших лазеров и очень сложного, энергоёмкого оборудования, поэтому рядовым научным центрам эта работа не по плечу.
Чтобы упростить жизнь коллегам, исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США) занялись созданием более практичного метода, позволяющего оперировать наночастицами с высокой точностью и при разумных затратах на оборудование. И первой их мыслью было использовать для захвата наночастиц электронный пучок.
Идея возникла не на пустом месте. Другие учёные уже сообщали об использовании электронных пучков для передвижения частиц в расплавленном алюминии или вакууме. Единственный очевидный недостаток способа — ограниченные области применения или условия проведения эксперимента, такие как вакуум.
Рис. 1. Слева — схема электронного пинцета, справа — график движения наночастиц (цветная линия) вслед за перемещением электронного пучка (кружками отмечены области позиционирования). (Иллюстрация ACS).
Поэтому калифорнийцы слегка модифицировали просвечивающий электронный микроскоп, который позволяет получать микрофотографии, пропуская пучок электронов сквозь образец. Тестируя возможности модернизированного прибора по передвижению наночастиц, они поместили каплю воды, содержащую 10-нанометровые частицы золота, в небольшую камеру. Затем, сфокусировав на камере электронный пучок и начав его двигать, учёные обнаружили, что наночастицы стремятся переместиться в ту область, где интенсивность пучка наиболее высока.
Интересно, что в данном случае микроскоп не теряет своего основного назначения и, помимо манипулирования наночастицами, позволяет делать их моментальные микроснимки, на что оптический пинцет уж точно не способен. Двойная польза.
Авторы работы продемонстрировали возможность сборки объёмных наноструктурных объектов при помощи нового электронного пинцета, что позволяет рекомендовать этот инструмент не только биофизикам, но и для создания новых наноматериалов.
Важно то, что электронному пинцету не нужны какие-то особые условия (вакуум и т. п.), он вполне довольствуется водным раствором, что очень удобно. Кроме того, для сравнения: оптический пинцет потребовал бы в 10 тыс. раз больше энергии для передвижения тех же частиц в 10 нм.
Пока нет точных данных, позволяющих детально описать механизм движения наночастиц электронным пучком, но есть разумное предположение. По мнению создателей инструмента, при прохождении пучка электронов наблюдается ионизация воды вокруг частиц, что создаёт отрицательное давление, толкающее частицы.
Источник(и):
1. Chemical & Engineering News
2. compulenta.ru
Светлана
Олена