나노기술 및 정책 정보

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광학 핀셋은 생물학, 의학 및 재료 과학에서 금 원자와 같은 나노입자를 조립하고 조작하는 데 사용되지만, 이 기술은 갇힌 입자의 굴절 특성과 주변 환경의 차이에 의존함.

시드니 공과 대학 연구진은 배경 환경과 동일한 굴절 특성을 가진 입자를 조작하여 근본적인 기술적 문제를 극복할 수 있는 새로운 기술을 발견함.

이 획기적인 발전은 특히 의학과 같은 분야에서 엄청난 잠재력을 가지고 있으며, DNA 가닥이나 세포 내 효소와 같은 세포 내부의 미세한 물체의 힘을 밀고 당기고 측정하는 능력은 당뇨병이나 암과 같은 다양한 질병을 이해하고 치료하는 데 발전을 가져올 수 있음.

또한, 세포를 조작하는 데 사용되는 기존의 기계식 마이크로 프로브는 침습적이며 위치 결정 해상도가 낮음. 세포 내부의 분자 운동 단백질의 힘이 아닌 세포막의 강성과 같은 것을 측정할 수 있음.

연구진은 나노결정에 희토류 금속 이온을 도핑하여 나노입자의 굴절 특성과 발광을 제어하는 ​​독특한 방법을 개발함.

이 첫 번째 근본적인 문제를 극복한 후, 연구진은 훨씬 낮은 에너지 수준에서 30배 향상된 효율로 나노입자를 트래핑하기 위해 이온 도핑 농도를 최적화함.

전통적으로 20 나노미터 금 입자를 잡으려면 수백 밀리와트의 레이저 출력이 필요하지만, 개발된 신기술을 사용하면 수십 밀리와트의 전력을 사용하여 20 나노미터 입자를 잡을 수 있다고 연구진은 설명함. 또한. 개발된 광학 핀셋은 수용액에서 나노입자에 대해 기록적인 높은 감도 또는 '강성'을 달성하였는데, 놀랍게도 이 방법으로 생성된 열은 이전 방법에 비해 무시할 수 있는 수준이므로 개발된 광학 핀셋은 많은 장점을 제공한다고 함.

고효율 나노스케일 포스 프로브를 개발할 수 있다는 전망은 매우 흥미로우며, 연구진은 포스 프로브가 세포 내 구조와 세포 기관을 표적으로 지정하도록 라벨링되어 이러한 세포 내 구조의 광학적 조작을 가능하게 하고자 함.

본 연구 성과는 Nature Nanotechnology ("Optical tweezers beyond refractive index mismatch using highly doped upconversion nanoparticles")에 게제됨.