Um estudo recente publicado em Comunicações da natureza Apresenta uma nova plataforma microbótica projetada para melhorar a precisão e a versatilidade da manipulação de nanopartículas usando luz. Liderados por Jin Qin e colegas, a pesquisa aborda as limitações nos métodos ópticos tradicionais e introduz um microrobot alimentado por nanomotores plasmônicos.
Crédito da imagem: regul8let/shutterstock.com
Antecedentes: Limitações das técnicas tradicionais
Manipulando nanopartículas Na nanoescala é um desafio persistente. As pinças ópticas convencionais funcionam bem para objetos em microescala, mas as limitações de face com nanopartículas devido a limites de difração e controle limitado sobre a orientação das partículas. Os esforços para induzir a rotação de partículas ou melhorar o controle geralmente envolvem trade-offs, como acessórios volumosos ou configurações complexas de várias armadilhas, que restringem a flexibilidade e a precisão.
Para superar essas restrições, os autores desenvolveram um sistema microbótico acionado por luz-essencialmente um microdrone que pode se mover com vários graus de liberdade e manipular nanopartículas com precisão aprimorada. Esta plataforma tem como objetivo proporcionar maior agilidade e controle de ajuste fino para aplicações que requerem manipulação em nanoescala.
O estudo atual
Os microrobôs foram construídos usando um corpo rígido e transparente em forma de disco feito de siléssequioxano de hidrogênio (HSQ), medindo aproximadamente 3,5 μm de diâmetro e 150 nm de altura, com um peso complete de cerca de 3,8 pg. Várias antenas plasmônicas foram integradas à estrutura para servir como motores independentes.
No centro do sistema de manipulação, há um nano-tweezer plasmônico-uma interna-antena de ouro projetada e fabricada usando a moagem de feixe de íons de hélio focada. Essa estrutura gera um ponto quente de campo próximo localizado que permite a captura de nanopartículas. A pinça foi incorporada diretamente no microrobot em uma única etapa de fabricação, com uma lacuna de 1 μm mantida entre a pinça e os motores para evitar interferências.
Para validação experimental, foi utilizada uma configuração de pinça estática. Foi montado em uma lampes dentro de uma célula aquática contendo Nanodiamonds (diâmetro médio de 70 nm). Um laser infravermelho de 980 nm foi usado para criar uma armadilha óptica, enquanto um laser verde de 532 nm excitou os centros de cores dos Nanodiamonds para rastreamento baseado em fluorescência.
Os microrobots foram liberados em solução, gravando o substrato de óxido de índio TIN usando ácido clorídrico. Uma vez flutuando na água, o laser infravermelho induziu um empurrão suave do substrato, permitindo a captura de nanodiamantes sem adesão indesejada, o que pode resultar de efeitos de carga superficial.
Todos os eventos de captura e manipulação foram registrados usando um objetivo de imersão em óleo de alto nível de abertura de um comportamento detalhado do comportamento do microrrobot.
Resultados e discussão: desempenho da plataforma Microrobot
Os pesquisadores demonstraram com sucesso a capacidade do microbot de prender, transportar e liberar nanopartículas com alta precisão. Sequências experimentais mostraram os microrobots realizando padrões de movimento em espiral e linear enquanto mantinham nanodiamantes com segurança.
A captura estável foi alcançada através da interação de forças de gradiente óptico e campos plasmonicamente aprimorados, confirmando a eficácia do design da pinça integrada.
O sistema também exibiu controle confiável sobre sequências dinâmicas, algo não possível com muitas ferramentas de manipulação existentes. As aplicações discutidas incluem administração direcionada de medicamentos, detecção quântica e outros fluxos de trabalho de nanotecnologia que requerem transporte de carga na nanoescala.
Os autores reconhecem algumas limitações. Por exemplo, a termoforese induzida pelo calor pode reduzir a eficiência de captura, e as partículas podem se destacar durante o movimento rápido. No entanto, eles sugerem que a implementação de um sistema de suggestions ativo poderia ajudar a combater o movimento browniano e melhorar a precisão posicional durante a manipulação.
Com um refinamento adicional, essa plataforma pode suportar uma gama mais ampla de aplicações em áreas como entrega de carga direcionada, sensor de quântica e engenharia de nanoescala de precisão.
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Referência do diário
Qin J., et al. (2025). Microrobot plasmônico acionado por luz para manipulação de nanopartículas. Comunicações da natureza 16, 2570. Doi: 10.1038/s41467-025-57871-x, https://www.nature.com/articles/s41467-025-57871-x