Photonics abre caminho para um Prêmio Nobel

Com Arthur Ashkin, a conexão com a fotônica é óbvia. Na década de 1960, o físico experimental, nascido em 1922, realizou os primeiros experimentos nos Laboratórios Bell para mover pequenas partículas com a ajuda da pressão de radiação. Sua primeira publicação sobre o assunto, Aceleração e captura de partículas por pressão de radiação, em 1970, apresentou a perspectiva de pinças ópticas, pelas quais ele recebeu o Prêmio Nobel. No começo, Ashkin experimentou partículas dielétricas, que ele conseguiu mover no ar e na água com a ajuda de dois raios laser opostos. Vários passos intermediários foram seguidos, incluindo um laser vertical, onde as partículas foram suspensas no feixe no ponto em que a pressão da radiação e a força gravitacional se equilibraram. Em 1986, sua equipe conseguiu desenvolver uma armadilha óptica de força de gradiente de feixe único, considerada a primeira pinça óptica. Mas sua curiosidade científica não estava satisfeita. Seu objetivo: usar lasers para tornar tangíveis as células e vírus vivos sem destruí-las, o que ele alcançou ao mudar os comprimentos de onda verdes para os infravermelhos. Atualmente, a pesquisa biológica seria quase inconcebível sem pinças ópticas. Eles fixam proteínas, motores moleculares, DNA e dão aos cientistas insights profundos sobre as células vivas.

Pulsos a laser de alta energia e ultracurtos

A outra metade do Prêmio Nobel de Física de 2018 é compartilhada por Donna Strickland, do Canadá, e Gérard Mourou, da França, para o desenvolvimento da amplificação de pulsos quirados (CPA) – um método para gerar pulsos de laser intensivos e extremamente curtos. Para simplificar: no chilrear, pulsos ultra curtos são esticados com o auxílio de treliças ópticas, espelhos ou prismas. Isso reduz suas potências de pico e, consequentemente, a tensão no material na subsequente amplificação no meio laser. Os pulsos amplificados passam por outro dispositivo óptico que os comprime novamente. Com esta compressão óptica, a intensidade do pulso aumenta consideravelmente. Desde que os dois cientistas fizeram a inovação em 1985, seu processo se tornou muito popular – e está ganhando terreno em processos de usinagem de materiais industriais, bem como em aplicações físicas, químicas e médicas – tanto na pesquisa quanto na prática clínica. Os cientistas do laser estão conduzindo as durações de pulso para novos domínios, de femto (10-15) a atto (10-18), até zeptossegundos (10-21). Os poderes também estão aumentando para o alcance do petawatt. Um pulso de laser PW corresponde a toda a saída térmica que a corrente do Golfo transporta.

Defesa imunológica endógena combate câncer

James P. Allison e Tasuku Honjo identificaram independentemente proteínas que desaceleram e aceleram as células T que são essenciais para nossa defesa imunológica. Allison deu uma olhada no CTLA-4, que ele poderia desligar com um anticorpo desenvolvido especialmente para esse fim. Sua ideia era que, se ele pudesse liberar o freio CTLA-4 das células T, a defesa imunológica do próprio corpo poderia atacar tumores malignos. Os primeiros experimentos mostraram um efeito perturbador. Honjo conseguiu até curar pacientes com câncer metastizado em seu corpo com a proteína de freio PD-1. Embora pareça simples quando descrito em apenas algumas frases, é o resultado de muitos anos de pesquisa com diferentes abordagens analíticas. Além dos exames microscópicos de tecido, em alguns casos usando corantes fluorescentes, a pesquisa em terapia imunológica está cada vez mais focada na citometria de fluxo em um FACS (classificador de células ativadas por fluorescência). Neste método, moléculas fluorescentes são ancoradas às células, que são gradualmente excitadas com lasers com diferentes comprimentos de onda. Os dispositivos podem analisar mais de 1000 células por segundo. A luz emitida fornece uma indicação da população de células nas amostras. Os métodos de detecção de anticorpos, como ELISA (ensaio imunoabsorvente ligado a enzima) e ELISpot (ensaio imunoespacial ligado a enzima) também são baseados em fotometria, análises de luminescência e avaliações baseadas em câmera; em outras palavras, eles usam tecnologias fotônicas.

O Prêmio Nobel de Química de 2018 foi compartilhado pela bioquímica Frances H. Arnold por sua pesquisa na evolução direcionada de enzimas e George P. Smith e Sir Gregory P. Winter por sua contribuição para o desenvolvimento da exibição de fagos para criar anticorpos monoclonais em uma base puramente humana. Os instrumentos dos cientistas incluem vários processos espectroscópicos e reação em cadeia da polimerase à base de fluorescência (PCR) para amplificar especificamente o DNA com mutações. Em outras palavras, a fotônica, que vem permitindo a pesquisa interdisciplinar de primeira classe há muitos anos.

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