Un gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha sviluppato una tecnologia avanzata simile a un “raggio traente“, ispirato a quello del celebre film Guerre Stellari, per la manipolazione di particelle biologiche su un chip. Questa nuova tecnologia potrebbe aprire importanti possibilità nel campo della biologia e della medicina, offrendo un nuovo modo per studiare il DNA, classificare le cellule e indagare sui meccanismi delle malattie.
Il “raggio traente”
Il dispositivo, descritto sulla rivista Nature Communications, è abbastanza piccolo da stare nel palmo di una mano e utilizza un fascio di luce generato da un chip di silicio-fotonica per manipolare particelle poste a millimetri di distanza dalla sua superficie. Questo fascio di luce riesce a penetrare attraverso i vetrini che proteggono i campioni, mantenendo così le cellule in un ambiente sterile. “Questo lavoro apre nuove possibilità per le pinzette ottiche basate su chip, consentendo di intrappolare e pinzare le cellule a distanze molto maggiori rispetto a quanto dimostrato in precedenza“, ha affermato Jelena Notaros, professoressa presso il Dipartimento di Ingegneria Elettronica e Informatica del MIT.
Tradizionalmente, le pinzette ottiche utilizzano un fascio di luce focalizzato per intrappolare e manipolare microparticelle. Tuttavia, queste tecnologie richiedono l’uso di microscopi ingombranti e configurazioni complesse. Le nuove pinzette ottiche sviluppate dal MIT, invece, utilizzano un chip fotonico più compatto e facilmente producibile in serie, che può rappresentare una soluzione accessibile per la manipolazione ottica nei laboratori biologici. Notaros ha spiegato: “Con la fotonica del silicio, possiamo prendere questo grande sistema, tipicamente da laboratorio, e integrarlo in un chip“.
Il punto di svolta di questa ricerca è l’utilizzo di un sistema chiamato “phased array ottico integrato“, che permette di manipolare le particelle a una distanza fino a 5 millimetri dalla superficie del chip, rispetto ai pochi micron raggiunti dalle tecnologie precedenti. “Nessuno prima d’ora aveva creato pinzette ottiche basate sulla fotonica del silicio in grado di intrappolare microparticelle a una distanza millimetrica“, ha sottolineato Notaros. Questo sistema utilizza una serie di antenne in microscala, fabbricate direttamente sul chip, che permettono di orientare il fascio di luce in modo preciso, evitando la contaminazione del chip e dei campioni biologici.
Il team di ricerca del MIT ha testato il dispositivo inizialmente su minuscole sfere di polistirene e, successivamente, su cellule tumorali fornite dal laboratorio di Joel Voldman, professore di ingegneria elettrica e informatica al MIT. Questo ha permesso di condurre i primi esperimenti con le pinzette ottiche a raggio singolo su cellule biologiche. Tal Sneh, studente laureato che ha collaborato al progetto, ha sottolineato le difficoltà incontrate nel processo: “Nel processo di applicazione della fotonica del silicio alla biofisica sono emerse molte sfide uniche“.
Gli scienziati sperano ora di perfezionare ulteriormente il dispositivo, migliorando la regolazione dell’altezza focale del fascio di luce e ampliando le sue applicazioni a sistemi biologici più complessi.