Publicado 26/10/2020 13:21CET

Investigadores de la UAM desarrollan una técnica para manipular ADN, células, bacterias y virus

Explicación de la nueva técnica para la manipulación de gotículas, basada en las denominadas 'pinzas optoelectrónicas fotovoltaicas'.
Explicación de la nueva técnica para la manipulación de gotículas, basada en las denominadas 'pinzas optoelectrónicas fotovoltaicas'. - UAM

MADRID, 26 Oct. (EUROPA PRESS) -

Una investigación liderada por físicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), proponen una nueva técnica para la manipulación de gotículas, basada en las denominadas 'pinzas optoelectrónicas fotovoltaicas' (PVOT, por sus siglas en inglés), una herramienta "potente y versátil" para el estudio y manipulación de especies biológicas como ADN, células, bacterias o virus.

Se trata de un trabajo que se publica en la 'Physical Review Applied' y que demuestra la acción de una nueva pinza optoelectrónica sobre microgotículas acuosas que pueden contener biomateriales.

En concreto, la nueva técnica se basa en la interacción de la luz con un cristal o material ferroeléctrico singular que tiene propiedades ópticas muy relevantes, el niobato de litio. Este material, que se sintetiza como sólido cristalino, tiene la peculiaridad de que, cuando se ilumina con una intensidad de luz débil o moderada, genera en su interior campos eléctricos que pueden llegar a ser muy elevados, sobre todo si se ha introducido en el cristal una alta concentración de impurezas de hierro.

Este fenómeno se conoce como efecto fotovoltaico de volumen y, aunque es poco eficiente para generación de energía eléctrica, ya que involucra corrientes muy bajas, puede dar lugar a campos eléctricos altos y capaces de atrapar y/o manipular micro/nano-objetos. Es decir, puede utilizarse como pinza optolectrónica sin necesidad de fuentes de voltaje o complejos electrodos depositados sobre la superficie del substrato.

"La distribución del campo eléctrico está determinada por una redistribución de la carga eléctrica en el interior del cristal activada por la luz, por tanto, mediante el control de la luz se puede controlar la distribución del campo eléctrico efectivo", explican los autores.

Así, puesto que la mayoría de los elementos biológicos necesitan un medio acuoso para sobrevivir, en el trabajo se ha investigado la acción de los campos fotovoltaicos generados por un haz láser, tanto sobre gotículas de agua como de soluciones acuosas con contenido biológico (por ejemplo, ADN).

Así, explican, las gotículas están suspendidas dentro de una capa de aceite de parafina depositada sobre un sustrato de niobato de litio. Los resultados obtenidos demuestran que se puede controlar el movimiento y atrapamiento de las gotículas controlando la intensidad y posición del láser sobre el sustrato.

Operando de forma similar, también se demuestra la posibilidad, tanto de unir como de dividir gotas de volúmenes inferiores a un microlitro. El estudio aporta, además, simulaciones teóricas de la actuación de las pinzas que corroboran los resultados experimentales.

Todas estas operaciones convierten a la técnica en una herramienta "muy potente y transversal" en campos como la optofluídica y la biotecnología, según sus autores. Un ejemplo de ello sería el estudio y manipulación de especies biológicas como ADN, células, bacterias y virus.

El trabajo ha sido realizado en el Laboratorio de Óptica No-lineal del Departamento de Física de Materiales de la UAM por Andrés Puerto, Luis Arizmendi, Angel García Cabañes y Mercedes Carrascosa, en colaboración con Angel Méndez Jaque, del Departamento de Mecánica de Fluidos y Propulsión Aeroespacial, ETSIAE, de la UPM.

El Laboratorio de Óptica No-lineal de la UAM ha sido pionero a nivel internacional en el desarrollo de las PVOT, aplicándolas a la manipulación, estructuración y atrapamiento de micro/nano-partículas de muy diversa naturaleza: metálicas, semimétálicas, dieléctricas, e incluso, en algún caso, de origen biológico (granos de polen, esporas y fragmentos nanométricos de ambos). En este contexto, el nuevo trabajo supone un avance crucial en esta línea al introducirse firmemente en el mundo biológico.