Uma equipe de pesquisa chinesa alcançou novos avanços no campo da manipulação micro-nano. A equipe de colaboração entre a Universidade de Anhui e a Universidade de Ciência e Tecnologia da China desenvolveu com sucesso uma micropinça óptica tridimensional integrada na extremidade de uma fibra óptica, capaz de realizar manipulação tridimensional programável de alvos em escala micrométrica com alta precisão, baixo dano e alta precisão. Os resultados foram publicados na revista acadêmica internacional Nature.
Esta pesquisa aborda os gargalos de longa data nas tecnologias de micro-manipulação existentes. As pinças ópticas tradicionais oferecem vantagens como não contato e alta precisão, mas possuem força de saída fraca e exigem alta transparência do alvo e condições operacionais específicas; embora os micro-garras mecânicas, pneumáticas ou hidráulicas possam fornecer maior força, seus sistemas e estruturas de acionamento externo são complexos, dificultando o acesso a espaços estreitos de cem micrômetros, como microvasos sanguíneos e ductos biliares.
A equipe de pesquisa propôs um método de fabricação composta por laser de femtossegundo para dispositivos integrados em fibra, construindo uma micropinça óptica tridimensional na extremidade de uma fibra óptica comercial. Este dispositivo integra transmissão de luz, conversão foto-térmica, resposta de materiais macios e saída mecânica de microestruturas rígidas na extremidade de uma única fibra, transformando a fibra de um mero canal de transmissão de sinais e energia luminosa em uma plataforma integrada para operações mecânicas em escala micrométrica.
A lógica de funcionamento da micropinça óptica tridimensional é semelhante a uma "mão miniatura inteligente" em escala celular. A luz externa é transmitida pela fibra até a microestrutura na extremidade, desencadeando a resposta do material e a deformação da microestrutura, que é então convertida em movimentos de abertura e fechamento controláveis e saída mecânica. Ao ajustar a potência da luz de entrada, os pesquisadores podem controlar continuamente o estado de abertura e fechamento da micropinça e a magnitude da força, realizando uma micro-operação precisa de "controlar a força pela luz".
Os resultados experimentais mostram que a força de saída desta nova micropinça é mais de cem mil vezes superior à das pinças ópticas tradicionais. Ela não só pode manipular com precisão alvos em escala micrométrica, mas também realizar montagem de microestruturas complexas e amostragem em escala micrométrica em espaços estreitos de cem micrômetros. O artigo também demonstra aplicações potenciais do dispositivo em manipulação tridimensional precisa de células únicas, montagem de estruturas mecânicas microscópicas e amostragem biomimética em ambientes estreitos.
A micro-nano fabricação por laser de femtossegundo é um suporte importante para este resultado. Esta tecnologia pode processar estruturas tridimensionais complexas em escalas micrométricas e até nanométricas, combinando-se com design composto de múltiplos materiais para formar microsistemas com capacidade de acionamento, resposta e saída mecânica. Para um espaço tão pequeno como a extremidade de uma fibra óptica, a capacidade de processamento de alta precisão determina diretamente se o dispositivo pode realizar abertura e fechamento estáveis, aperto controlável e operação repetível.
Este resultado oferece novos caminhos tecnológicos para áreas como saúde, medicina minimamente invasiva, operação celular e fabricação avançada. No futuro, se a micropinça óptica tridimensional puder ser validada quanto à biocompatibilidade, estabilidade, fabricação em massa e cenários clínicos, poderá ser usada em operação de células únicas, amostragem em escala micrométrica, ferramentas endoscópicas minimamente invasivas e montagem de microestruturas complexas.
As pesquisas subsequentes focarão na confiabilidade do dispositivo, segurança operacional, capacidade de adaptação a diferentes amostras biológicas e grau de integração do sistema. A micropinça óptica tridimensional ainda precisa de validação adicional para aplicações médicas ou industriais reais, mas suas características de alta força de saída, miniaturização e integração em fibra para manipulação precisa em escala micrométrica já oferecem uma nova direção de design para ferramentas de micro-nano manipulação.