Le pinzette laser, note anche come pinzette ottiche, utilizzano raggi laser per intrappolare particelle microscopiche o nanoscopiche con un preciso posizionamento tridimensionale. I raggi laser sfruttano un fenomeno chiamato disadattamento dell’indice di rifrazione. Lo vediamo ogni volta che guardiamo una cannuccia in un bicchiere d’acqua. Su scale minuscole, la sottile curvatura della luce da parte della particella provoca la trasmissione di un momento ad essa, proiettando una minuscola forza attrattiva o repulsiva. Il risultato è una precisione estremamente fine e un controllo su una singola particella nel raggio, controllo su scale sub-nanometriche.
Le pinzette laser funzionano solo quando il materiale utilizzato è dielettrico, ovvero un isolante avverso ai campi elettromagnetici. Un laser focalizzato nelle pinzette genera un campo elettromagnetico sotto forma di luce condensata. L’approccio laser può essere utilizzato per far levitare batteri, virus e persino singoli atomi e molecole. Per molte applicazioni, piccoli campioni sono attaccati a una microsfera leggermente più grande. Più pinzette laser possono anche essere utilizzate per tirare parti di una molecola, allungandola e consentendo agli scienziati di osservare come si ritrae. Questo è incredibilmente utile per chiarire le loro sottili proprietà chimiche.
Il fenomeno della diffusione ottica da parte di particelle microscopiche è stato segnalato per la prima volta dallo scienziato dei Bell Labs Arthur Ashkin nel 1970. Poi, nel 1986, lo scienziato Steven Chu e altri hanno scritto un articolo sull’argomento e hanno migliorato notevolmente i sistemi. Il Dr. Chu ha continuato ad applicare le pinzette laser in un’ampia varietà di aree utili, incluso il raffreddamento degli atomi fermandoli in posizione, e ha vinto il Premio Nobel per la Fisica nel 1997 per il suo duro lavoro.
Le pinzette laser sono state preziose nello studio delle minuscole caratteristiche delle macchine biologiche, come gli onnipresenti motori biologici che guidano il movimento nella cellula. Ciò contribuisce alla scienza emergente della nanotecnologia e amplia notevolmente la nostra conoscenza della biologia. Il sondaggio del citoscheletro delle cellule basato su pinzette laser ha aiutato gli scienziati a creare una mappa ad alta risoluzione della cellula, con più dettagli di quanto avrebbero potuto produrre altri approcci. Le pinzette laser continuano a essere un’area calda di ricerca, con intrepidi team a Berkeley, Stanford, MIT e molte altre università che sfruttano le possibilità investigative che la tecnologia ha da offrire.