Вчені створили перший фотоелектричний пінцет.

Оптичні пінцети надають унікальні можливості для досліджень у фізиці, біології та медицині. Вони дозволяють маніпулювати найменшими і дуже ніжними об'єктами, які не варто в повному сенсі цього слова чимось тримати.

Однак такі пристрої потребують для роботи лазерних променів високої інтенсивності, складних електродів та середовища з низькою провідністю. Ці обмеження перешкоджають широкому застосуванню оптичних пінцетів.

Команда науковців під керівництвом доктора Ду Сюеміня (Du Xuemin) з Шеньчженьського інституту передових технологій (SIAT) Китайської академії наук представила новий фотопіроелектричний пінцет (Photopyroelectric Tweezer, PPT), що використовує властивості світлового та електричного полів для маніпуляції матерією. Дослідження опубліковано у журналі The Innovation.

Розроблений науковцями пінцет складається з двох ключових компонентів: джерела лазерного випромінювання ближнього інфрачервоного діапазону та системи, яка включає рідку середу і фотопіроелектричний субстрат.

Фотопіроелектричний субстрат складається з композитів з мікрочастинками рідких металів, таких як галлій і індій. Дослідники вбудували їх у полі(вініліденфторид-ко-трифторетилен) (LMPs/P(VDF-TrFE)) та покрили шаром мастила з низьким тертям. Полімерний шар генерує поверхневі заряди в реальному часі завдяки фотопіроелектричному ефекту — явищу виникнення електричного поля при опроміненні матеріалу, а шар мастила знижує опір руху і запобігає екранізації зарядів провідним середовищем.

Продумана конструкція фотопіроелектричного пінцета ефективно і надійно створює поверхневі заряди при впливі інфрачервоного випромінювання низької інтенсивності, до 8,3 міліват на квадратний міліметр. За допомогою такого випромінювання науковці досягли від пінцета потужного рухового зусилля, до 0,46 мікроньютона, без необхідності у використанні лазерних променів високої інтенсивності, складних конструкцій електродів та додаткових джерел живлення.

Новий пінцет дозволяє дистанційно і точно маніпулювати об'єктами з різних матеріалів (полімерів, неорганічних речовин та металів), станів (пухирці, рідини та тверді тіла) та геометричних форм (сфери, кубоїди і дроти). Більше того, він адаптується до середовищ з широким діапазоном провідностей і підходить для макроскопічних платформ та мікроскопічних систем. Створена науковцями система забезпечує переміщення в областях від 5 мікрометрів до двох з половиною міліметрів, дозволяє керувати твердими об'єктами, краплями рідин та біологічними зразками, від окремих клітин до їх скупчень.

Створений науковцями фотопіроелектричний пінцет відкриває нові можливості в робототехніці, колоїдній хімії, біології та медицині, інженерії тканин та нейронауках.