As aplicações poderão ser enormes, inclusive no estudo da interação de biomoléculas uma a uma.
O conceito de pinças ópticas data da década de 1980, com o trabalho pioneiro de Arthur Ashkin, ganhador do Prêmio Nobel de Física em 2018. Uma pinça óptica serve para prender e manipular partículas – ou nanopartículas – com a luz de um laser. No ar, pode-se levitar essas partículas quando a força da radiação do laser equilibra a força gravitacional e demais forças atuando sobre elas.
Nestes últimos cinquenta anos houve grandes avanços no desenvolvimento e uso de pinças ópticas, destacando-se, dentre as várias aplicações, as da área biologia, pois pode-se manipular células ou DNA de forma isolada. Uma adaptação do conceito foi feita por Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji e William D. Phillips para aprisionar átomos, tendo-lhes rendido o Prêmio Nobel de Física em 1997.
Contudo, uma das limitações das pinças ópticas atuais está na impossibilidade de manipular partículas muito pequenas (dezenas de nanômetros) sem causar aquecimento, o que se deve principalmente às altas intensidades de laser requeridas. Alternativas recentes empregam nanoestruturas metálicas para explorar a chamada ressonância plasmônica. Com essa ressonância o campo eletromagnético da luz é aumentado consideravelmente nas vizinhanças das nanoestruturas, permitindo o aprisionamento de nanopartículas pequenas usando fontes de potência relativamente baixa.
Porém, em metais, ocorre o aquecimento pelo efeito Joule. Por exemplo, o aquecimento nas estruturas plasmônicas 
usadas para aprisionar nanopartículas é suficiente para ferver a água, impossibilitando o estudo de nanopartículas biológicas, como pequenas biomoléculas ou células.
Essa limitação pode ser vencida dentro de pouco tempo graças ao trabalho teórico desenvolvido por pesquisadores do IFSC-USP e do Instituto Nacional de Telecomunicações (Inatel), publicado recentemente através de um artigo da revista Physical Review Letters, onde propuseram um novo design de uma nanoestrutura que permite manipular nanopartículas tão pequenas quanto 20 nm, sem aquecê-las. A nanoestrutura projetada é um nanodisco de silício com uma fenda, que pode ser embebido em água (ou solução aquosa) contendo as nanopartículas.
Segundo o docente e pesquisador do IFSC/USP, Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, cálculos teóricos são usados para otimizar a nanoestrutura de maneira que nanopartículas na água possam ser manipuladas e aprisionadas por um feixe de laser de baixa potência no infravermelho. “O que distingue este trabalho de outros, na literatura, é que a luz do laser não é absorvida pelo meio aquoso, ou pela nanoestrutura. Isso ocorre com a excitação pela luz num modo denominado anapolo, em que a luz fica aprisionada principalmente na região da fenda. Não havendo irradiação do campo, este fica inteiramente localizado, pelo que nanopartículas minúsculas, mesmo as de 20 nm de diâmetro, podem ser aprisionadas e manipuladas”, explica o Prof. Osvaldo.
A expectativa é a de que a partir da publicação deste trabalho, grupos experimentais possam fabricar nanoestruturas como as propostas, sendo que as aplicações poderão ser enormes, como no estudo da interação de biomoléculas uma a uma. “Um exemplo será a possível verificação de como um fármaco encapsulado numa nanopartícula ataca uma célula cancerosa”, finaliza o pesquisador.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
