Ученые разработали инновационный фотоэлектрический пинцет.

Оптические пинцеты предоставляют уникальные возможности для исследований в области физики, биологии и медицины. Они позволяют манипулировать очень мелкими и хрупкими объектами, которые нецелесообразно удерживать традиционными способами.

Тем не менее, такие устройства требуют лазерных лучей высокой интенсивности, сложных электродов и сред с низкой проводимостью. Эти ограничения мешают широкому использованию оптических пинцетов.

Группа ученых под руководством доктора Ду Сюэминя (Du Xuemin) из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук представила новый фотопироэлектрический пинцет (Photopyroelectric Tweezer, PPT), который использует свойства светового и электрического полей для манипуляции материей. Исследование опубликовано в журнале The Innovation.

Разработанный пинцет состоит из двух основных компонентов: источника лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона и системы, которая включает жидкую среду и фотопироэлектрический субстрат.

Фотопироэлектрический субстрат состоит из композитов с микрочастицами жидких металлов, таких как галлий и индий. Исследователи интегрировали их в поли(винилиденфторид-ко-трифторэтилен) (LMPs/P(VDF-TrFE)) и покрыли слоем смазки с низким трением. Полимерный слой генерирует поверхностные заряды в реальном времени благодаря фотопироэлектрическому эффекту — явлению возникновения электрического поля при облучении материала, а слой смазки снижает сопротивление движению и предотвращает экранирование зарядов проводящей средой.

Эффективная конструкция фотоэлектрического пинцета надежно создает поверхностные заряды при воздействии инфракрасного излучения низкой интенсивности, до 8,3 милливатта на квадратный миллиметр. Используя такое излучение, ученые получили мощное движущее усилие от пинцета, до 0,46 микроньютона, без необходимости в лазерных лучах высокой интенсивности, сложных электродах и дополнительных источниках питания.

Новый пинцет позволяет дистанционно и точно управлять объектами из различных материалов (полимеров, неорганических веществ и металлов), состояний (пузырьки, жидкости и твердые тела) и геометрических форм (сферы, кубоиды и проволоки). Более того, он адаптируется к средам с широким диапазоном проводимостей и подходит как для макроскопических платформ, так и для микроскопических систем. Созданная учеными система обеспечивает перемещения в диапазоне от 5 микрометров до двух с половиной миллиметров, позволяя управлять твердыми объектами, каплями жидкостей и биологическими образцами, от отдельных клеток до их скоплений.

Фотопироэлектрический пинцет, созданный учеными, открывает новые горизонты в таких областях, как робототехника, коллоидная химия, биология и медицина, инженерия тканей и нейронауки.