Uneori, oamenii de știință trebuie să controleze procesul de amestecare a lichidelor în recipiente atât de mici încât nu va fi posibil să coborâm nici cel mai subțire ac sau chiar părul de acolo. Între timp, este foarte important să controlați rata de difuzie a moleculelor în așa-numitele microreactoare pentru a crea noi medicamente eficiente, a efectua unele experimente biologice și chiar a diagnostica rapid bolile. Oamenii de știință de la Universitatea ITMO și colegii lor de la Academia Cehă de Științe au propus să rezolve problema folosind energia lumină.
Astăzi biologii, chimiștii, farmaciștii folosesc tot mai mult microreactorii, numiți și laboratoare pe un cip. Recipientele minuscule, punctate cu caneluri în interior, au dimensiuni de la câțiva milimetri cubi la câțiva centimetri cubi - nu mai mari decât o cutie de chibrituri. Cu toate acestea, aceste dispozitive mici permit realizarea unor teste rapide de sânge, amestecarea dozelor microscopice de substanțe pentru a obține medicamente extrem de eficiente și efectuarea de experimente pe celule.
Cu toate acestea, atunci când lucrează cu microreactorii, există o dificultate: oamenii de știință nu au practic nicio influență asupra vitezei de amestecare sau, în termeni științifici, a difuziei lichidelor și a reactivilor care intră într-un astfel de laborator pe un cip. Oamenii de știință de la Universitatea ITMO, împreună cu colegii din Cehia, au propus o metodologie care poate rezolva această problemă. Au decis să folosească așa-numita presiune ușoară pentru a amesteca lichide.
La sfârșitul secolului al XIX-lea, savantul britanic James Maxwell a propus ideea că lumina poate exercita presiune asupra obiectelor fizice. Curând, savantul rus Pyotr Lebedev a arătat acest lucru în practică. Cu toate acestea, forța acestei presiuni este foarte mică și în acele zile nu a fost folosită. Acum, o întreagă ramură a fizicii este angajată în acest domeniu - optomecanica (pentru dezvoltarea căreia în 2018 Premiul Nobel a fost primit de profesorul Arthur Ashkin). Cu ajutorul luminii, captează celulele vii, mișcă cele mai mici particule de materie și, așa cum s-a dovedit, aceleași forțe pot fi folosite pentru a agita lichidele. Lucrările oamenilor de știință sunt publicate în revista Advanced Science.
Pe baza ultimelor progrese în optomecanică, oamenii de știință din Sankt Petersburg au dezvoltat o nanoantenă, care este un cub minuscul de siliciu de aproximativ două sute de nanometri. Acest dispozitiv, invizibil pentru ochi, este capabil să controleze unda de lumină care îl lovește. "Nanoantena noastră transformă lumina polarizată circular într-un vortex optic", explică Alexander Shalin, profesor la Universitatea Novy Phystech ITMO, "energia lumină se învârte în jurul ei".
Pe lângă nanoantene, oamenii de știință au propus să lanseze o anumită cantitate de nanoparticule de aur în lichid. Particulele capturate de vortexul optic încep să se învârtă în jurul cubului de siliciu, acționând astfel ca „lingura” pentru amestecarea reactivilor. Mai mult, dimensiunea acestui sistem este atât de mică încât poate crește difuzarea cu un factor de 100 la un capăt al microreactorului, practic fără a afecta ceea ce se întâmplă la celălalt.
„Aurul este un material inert din punct de vedere chimic, care nu reacționează bine”, spune co-autorul Adria Canos Valero, „și este, de asemenea, non-toxic. În plus, trebuia să ne asigurăm că numai forțele de rotire și presiunea de radiație acționează asupra nanoparticulelor, dar nu și atracția către nanoantenă, în caz contrar particulele se vor lipi pur și simplu de ea. Acest efect este observat pentru particule de aur de o anumită dimensiune dacă un sistem de culoare verde obișnuit strălucește pe sistem. Am luat în considerare alte metale, dar, de exemplu, pentru argint, aceste efecte sunt observate doar în spectrul ultraviolete, care este mai puțin convenabil.
Material furnizat de ITMO University Press Service
Video promotional:
Vasily Makarov
