Оптические пинцеты давно считаются одним из самых точных инструментов для манипулирования микроскопическими объектами. С помощью сфокусированного лазерного луча они способны захватывать отдельные молекулы, клетки и другие мельчайшие структуры без физического контакта. Однако их главный недостаток заключается в крайне малой силе воздействия, измеряемой в пиконьютонах. Из-за этого такие системы плохо справляются с непрозрачными, тяжёлыми или объектами сложной формы.
Китайские исследователи решили преодолеть это ограничение, создав трёхмерный волоконно-оптический захватчик (Optical Fiber Gripper, OFG) размером всего 38 × 38 × 61 микрометр — настолько маленький, что он легко помещается внутри человеческого волоса. Устройство было изготовлено непосредственно на конце стандартного оптического волокна с помощью двухфотонной полимеризации — разновидности высокоточной 3D-печати для микромасштабных структур.
Конструкция устройства была вдохновлена живыми организмами. Оптическое волокно выполняет роль своеобразной нервной системы, передавая световые сигналы. Гидрогель с внедрёнными серебряными наночастицами действует как искусственная мышца, а жёсткие полимерные когти выполняют функции скелета.
Когда по волокну проходит ближнее инфракрасное излучение, серебряные наночастицы нагреваются, вызывая сжатие гидрогеля и раскрытие миниатюрных когтей. После отключения света материал возвращается в исходное состояние, и захватчик смыкается, удерживая объект между «пальцами».
Испытания показали, что микрозахват реагирует всего за 77 миллисекунд и способен выполнять до пяти циклов открытия и закрытия в секунду. При этом развиваемое им усилие измеряется уже в микроньютонах, что более чем в десять раз превышает возможности существующих волоконных оптических пинцетов.
Во время экспериментов устройство успешно манипулировало самыми разными объектами — от сфер из оксида алюминия и фрагментов карбида кремния до медных проводов длиной около 20 см. Особый интерес представляет то, что микрозахват смог безопасно захватывать, перемещать и высвобождать отдельные раковые клетки человека, не повреждая их.
Кроме того, исследователи продемонстрировали возможность использования OFG для сборки миниатюрных механических узлов. С его помощью были собраны микроскопические подшипники и редукторы с точностью до нескольких микрометров, что приближает создание полноценных микромашин и роботизированных систем.
Благодаря своим размерам новый прибор способен проникать в пространства шириной менее 300 микрометров и работать внутри биологических тканей, куда не могут добраться традиционные микроинструменты. В перспективе технология может найти применение в исследованиях отдельных клеток, минимально инвазивной хирургии, микроэлектромеханических системах и производстве миниатюрных устройств.
Разработка демонстрирует, что сочетание оптических технологий и микромеханики позволяет преодолеть фундаментальные ограничения классических оптических пинцетов, обеспечивая одновременно высокую точность и значительно большую силу воздействия. Это может стать важным шагом на пути к созданию новых поколений микророботов и медицинских инструментов.
Источник: https://techxplore.com/news/2026-06-microgripper-bridges-gap-precision.html
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
