Las pinzas ópticas, desarrolladas en 1986 por el científico Arthur Ashkin -y gracias a las cuales ganó el Premio Nobel de Física en 2018-, permiten la manipulación óptica de objetos pequeños. Es decir, mediante láser. Sin embargo, los sistemas convencionales tienen una serie de limitaciones que un grupo de investigadores valencianos está tratando de solucionar.
Estos pertenecen, en concreto, a la Universitat Politècnica de València (UPV) y a la Universitat de València (UV), y han desarrollado unos nuevos componentes -elementos ópticos difractivos, EOD- que confieren más flexibilidad, capacidad y prestaciones a las pinzas. Y es que la capacidad de atrapar y manipular partículas mediante los mencionados sistemas de pinzas ópticas convencionales se ve habitualmente restringida por la formación de un único vórtice óptico con una determinada carga topológica.
"Nuestros EOD permiten generar múltiples vórtices concéntricos y prometen un mayor control y versatilidad en la micro-manipulación de partículas en trayectorias circulares"
Las pinzas ópticas convencionales permiten, a través de un haz láser focalizado con el objetivo de un microscopio, atrapar y manipular objetos muy pequeños suspendidos en agua o en el aire. Ahora, las desarrolladas por los investigadores de la UPV y de la UV añaden un control más preciso y simultáneo de las partículas en diferentes configuraciones, mejorando así también la manipulación.
Y lo hacen generando múltiples haces vórtices concéntricos con cargas topológicas independientes. Esto les permite moverse sobre cada vórtice de manera autónoma y en direcciones independientes alrededor del eje óptico. “Hemos diseñado una máscara de fase multiplexada capaz de formar dos vórtices con diferentes cargas topológicas, lo que amplía aún más las posibilidades de manipulación. Nuestros EOD permiten generar múltiples vórtices concéntricos y prometen un mayor control y versatilidad en la micro-manipulación de partículas en trayectorias circulares”, explica Vicente Ferrando, investigador del Centro de Tecnologías Físicas (CTF) de la Universitat Politècnica de València.
POTENCIAL PARA CREAR NUEVAS TECNOLOGÍAS SANITARIAS
Los resultados de este trabajo, publicados en la revista iScience, forman parte de la tesis doctoral l del investigador del CTF de la UPV Francisco M. Muñoz-Pérez, uno de los autores del estudio. “A pesar de que aún no podemos manipular naves espaciales, esto crea un nuevo enfoque en el atrapamiento y manipulación demicro objetos”, indica en referencia a las múltiples películas y series de ciencia ficción que han mostrado cómo naves espaciales eran atraídas mediante un haz de luz.
Sin embargo, como comenta el investigador, sus nuevas pinzas ópticas sí que tienen un enorme potencial en diversos campos. Además de en la computación cuántica, la fotónica, la nanotecnología o la construcción de micro máquinas y micro motores, también puede acercar el entendimiento de cómo funcionan los células del cuerpo o la creación de nuevas tecnologías médicas.
“La óptica de vórtices ha avanzado mucho desde los años 80 del pasado siglo y ha sido clave en campos como la comunicación y la biotecnología"
“La óptica de vórtices ha avanzado mucho desde los años 80 del pasado siglo y ha sido clave en campos como la comunicación y la biotecnología. La máscara de fase multiplexada es un hito de gran relevancia en este campo, que contribuirá a aumentar la flexibilidad y la capacidad de los sistemas de pinzas ópticas”, insiste Walter D. Furlan, investigador del Departamento de Óptica y Optometría y Ciencias de la Visión de la Universitat de València
INVESTIGACIONES PARA MANEJAR GRUPOS MÁS GRANDES DE CÉLULAS
Las mencionadas pinzas desarrolladas por Arthur Ashkin a mediados de la década de los ochenta lograron, por vez primera, observar, girar, empujar o tirar de un elemento con el uso de la luz. Desde entonces, científicos de todas partes del mundo las han aplicado en distintos campos, sobre todo para estudiar procesos biológicos como los relacionados con la vida interior de las células.
Sin embargo, esta técnica sigue teniendo la dificultad de no poder mover a un número muy grande de células. Por eso, otras recientes investigaciones, como la del California Institute of Technology (Caltech), han tratado de ponerle remedio. Concretamente, esta utiliza ultrasonidos para usar las vesículas de aire como propulsores, permitiendo así mover células en el espacio de una manera muy selectiva.