Wie Teleportation, Klonen und Unsichtbarkeit gehören Traktorstrahlen zu den alten Science-Fiction-Filmklischees, von denen sich viele von uns wünschen, sie wären real. Doch einige Forscher am MIT haben gerade einen miniaturisierten Traktorstrahl erfunden, der klein genug ist, um auf einen Chip zu passen. Es kann zwar noch nicht wie in Star Wars ein ganzes Schlachtschiff ziehen, aber es kann dennoch biologische Partikel wie Zellen und DNA manipulieren.


Das MIT hat einen Chip-basierten optischen Traktorstrahl entwickelt, der einen durchdringenden Strahl mehr als 5 Millimeter von der Chipoberfläche entfernt fokussiert. Das hört sich vielleicht nicht nach viel an, stellt aber eine entscheidende Neuerung im Vergleich zu früheren integrierten „optischen Pinzetten“ dar, die nur wenige Mikrometer vom Chip entfernt arbeiten konnten. Diese alten Methoden entfernten im Wesentlichen Zellen aus sterilen Glasbehältern (die üblicherweise in biologischen Experimenten verwendet werden) und platzierten sie direkt auf der Oberfläche des Chips, wodurch das Risiko einer Kontamination erhöht wurde.

Dieser Durchbruch ändert diese Einschränkungen. Das breitere Gerät des MIT kann biologische Proben präzise erfassen und sie durch Glas um sie herum bewegen, während sie gleichzeitig in einem Standard-Deckglasbehälter versiegelt werden. Der gesamte Prozess wird sauber und steril gehalten.

Die Funktionsweise des Mikrotraktorstrahls basiert auf einer photonischen Siliziumkomponente, die als integriertes optisches Phased Array bezeichnet wird. Es nutzt Halbleiterfertigungsprozesse, um Arrays aus winzigen Antennen auf Chips zu erstellen. Zusammen können diese Antennen einen fokussierten Strahl formen und richten, indem sie einfach das Timing des Lichtsignals anpassen, das jedes Antennenelement antreibt.

Nach Angaben des Teams ist das System „um Größenordnungen besser als frühere Demonstrationen“, wie es in einer Pressemitteilung des MIT heißt.

Eine weitere wesentliche Verbesserung besteht darin, dass dieses neue System erstmals die Funktionalität des Traktorstrahls auf die Chipgröße reduziert. Typische Designs für den gleichen Zweck sind nicht nur im Umfang begrenzt, sondern auch recht sperrig, sodass im Labor ein großes Mikroskop und mehrere Geräte zur Formung und Steuerung des Lichts installiert werden müssen.

Um ihre Erfindung zu testen, verwendeten die MIT-Ingenieure zunächst den Chip, um winzige Polystyrolkügelchen (die in den Experimenten verwendeten Referenzpartikel) einzufangen und zu manipulieren. Sobald das funktionierte, gingen sie dazu über, lebende Krebszellen einzufangen und zu bewegen.

Obwohl es sich noch in einem frühen Stadium befindet, ist sein potenzieller Einfluss auf die biologische Forschung und sogar klinische Anwendungen enorm. Dieser Strahl kann zur Analyse von DNA, zur Klassifizierung von Zellen, zur Untersuchung der Krankheitsmechanismen und für eine Vielzahl neuer experimenteller und diagnostischer Instrumente verwendet werden.

Die Forscher hoffen auch, das System weiter zu verbessern. Zu den Zielen gehören das Hinzufügen eines einstellbaren Strahlfokus, die gleichzeitige Verwendung mehrerer Erfassungspunkte und die Anwendung auf verschiedene biologische Systeme.