Un rayo tractor del MIT, inspirado en Star Wars, podría usarse para estudiar enfermedades
Publicado por Sarah Romero, Periodista científica
26.10.2024
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un dispositivo revolucionario que recuerda al icónico "rayo tractor" de 'La guerra de las galaxias' o Star Wars. Esta tecnología basada en un chip, que emplea un haz de luz muy enfocado, está diseñada para capturar y manipular partículas biológicas como células y ADN. Y lo interesante de esta innovación nada tiene que ver con la ciencia ficción sino con la ciencia real. Al unir estas imaginativas ideas o conceptos de la ficción esta tecnología del MIT tiene el potencial de revolucionar el estudio de las enfermedades y los procesos celulares.
Aplica luz enfocada para capturar y manipular células diminutas. Midjourney/Sarah Romero
La ciencia detrás del rayo tractor
En el corazón de esta novedosa tecnología se encuentra el principio de pinzado óptico, una técnica que utiliza un haz de luz enfocado para aplicar fuerzas sobre partículas pequeñas, atrapándolas y moviéndolas de manera efectiva. Tradicionalmente, este método requiere configuraciones bastante complejas e igualmente grandes, que involucran microscopios voluminosos y varios componentes ópticos. Sin embargo, con este nuevo enfoque del MIT todo se reduce a la miniaturización, gracias a un sistema integrado en un chip fotónico de silicio, haciéndolo compacto, asequible y muy accesible.
¿Cómo funciona?
Las pinzas ópticas manipulan átomos y nanopartículas mediante rayos láser. Estos rayos actúan como pinzas pero utilizan luz enfocada en lugar de acero para sujetar objetos pequeños. Al controlar el rayo, los operadores pueden mover y manipular partículas diminutas sin contacto físico. Y esto es lo que hace esta prometedora tecnología:
El rayo tractor del chip emplea una matriz óptica en fase integrada para emitir un haz de luz absolutamente controlado. Este conjunto consta de antenas a microescala fabricadas con técnicas de semiconductores, lo que permite un control preciso de la forma y la dirección del haz. Y el haz de luz es capaz de atravesar cubreobjetos de vidrio, lo que mantiene un entorno estéril para las muestras biológicas, un factor esencial para estudiar células vivas sin que se produzca ningún tipo de contaminación en el proceso.
Ilustración artística del chipSampson Wilcox, RLE“Este trabajo abre nuevas posibilidades para las pinzas ópticas basadas en chips al permitir atrapar y pinzar células a distancias mucho mayores que las demostradas anteriormente. Es emocionante pensar en las diferentes aplicaciones que podría permitir esta tecnología”, explica Jelena Notaros, profesora de Desarrollo Profesional Robert J. Shillman en Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS), y miembro del Laboratorio de Investigación de Electrónica en su estudio publicado en la revista Nature Communications.
Y lo cierto es que las pinzas ópticas tradicionales basadas en chips se limitaban a capturar partículas muy cerca del chip, lo que a menudo provocaba contaminación y estrés en las células. Sin embargo, tal y como está diseñado este dispositivo, es posible la manipulación de partículas a varios milímetros de distancia, superando estas limitaciones. No hay contaminación ni ningún otro efecto colateral y los investigadores pueden controlar las características del haz de luz modificando electrónicamente las señales enviadas a las antenas individuales.
“Nadie había creado antes pinzas ópticas basadas en fotónica de silicio capaces de atrapar micropartículas a una distancia de escala milimétrica. Se trata de una mejora de varios órdenes de magnitud en comparación con las demostraciones anteriores”, afirmó la experta.
Como en Star Wars. Midjourney/Sarah RomeroAplicaciones
Así las cosas, este dispositivo podría utilizarse para estudiar el ADN, identificar diferentes tipos de células y explorar las causas subyacentes de las enfermedades. Sus posibles aplicaciones son amplias y variadas. Desde el estudio de las complejidades del ADN hasta la investigación de los mecanismos de las enfermedades a nivel celular. Sin duda, se trata de una tecnología que promete mejorar nuestra comprensión de los sistemas biológicos. Y gracias a que su fabricación es mucho más barata y y su volumen mucho más reducido, se convierte en una tecnología viable para una amplia gama de laboratorios y entornos de investigación.
"Con la fotónica de silicio, podemos tomar este gran sistema, normalmente a escala de laboratorio, e integrarlo en un chip. Esto representa una gran solución para los biólogos, ya que les proporciona una funcionalidad de captura y pinzado óptico sin la sobrecarga de una configuración óptica masiva complicada", comenta Notaros.
El desarrollo del rayo tractor del MIT marca un hito significativo en la integración de soluciones de alta tecnología en la investigación biológica abriendo las puertas de par en par a un potencial tecnológico que podría transformar por completo nuestra forma de estudiar las enfermedades.
Los científicos han creado un pequeño chip que puede manipular células y partículas. Midjourney/Sarah Romero
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Referencias:
Sneh, T., Corsetti, S., Notaros, M. et al. Optical tweezing of microparticles and cells using silicon-photonics-based optical phased arrays. Nat Commun 15, 8493 (2024). DOI https://doi.org/10.1038/s41467-024-52273-x
Shi, Y., Zhao, H., Chin, L., Zhang, Y., Yap, P., Ser, W., Qiu, C., & Liu, A. (2020). Optical Potential-Well Array for High-Selectivity, Massive Trapping and Sorting at Nanoscale.. Nano letters. DOI https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01464.
Moura, T., Andrade, U., Mendes, J., & Rocha, M. (2020). Silicon microparticles as handles for optical tweezers experiments.. Optics letters, 45 5, 1055-1058 . DOI https://doi.org/10.1364/ol.383139.
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