Vedci niekedy potrebujú kontrolovať proces miešania tekutín v tak malých nádobách, že nebude možné znížiť tam najtenšiu ihlu alebo vlasy. Medzitým je veľmi dôležité kontrolovať rýchlosť difúzie molekúl v takzvaných mikroreaktoroch, aby sa vytvorili nové účinné lieky, uskutočnili niektoré biologické experimenty a dokonca rýchlo diagnostikovali choroby. Vedci z univerzity ITMO a ich kolegovia z Českej akadémie vied navrhli tento problém vyriešiť pomocou svetelnej energie.
Biológovia, lekárnici a farmaceuti dnes čoraz viac používajú mikroreaktory, ktoré sa tiež nazývajú laboratóriá na čipe. Drobné nádoby s vnútornými drážkami majú veľkosť od niekoľkých kubických milimetrov do niekoľkých kubických centimetrov - nie väčšie ako krabica na zápalky. Tieto malé zariadenia však umožňujú uskutočňovať rýchle krvné testy, miešať mikroskopické dávky látok, aby sa získali vysoko účinné lieky, a uskutočňovať experimenty na bunkách.
Pri práci s mikroreaktormi však existuje jeden problém: vedci nemajú prakticky žiadny vplyv na rýchlosť miešania alebo, vedecky povedané, na šírenie tekutín a činidiel, ktoré vstupujú do takéhoto laboratória na čipe. Vedci z univerzity ITMO spolu s kolegami z Českej republiky navrhli metodiku, ktorá môže tento problém vyriešiť. Rozhodli sa použiť na miešanie tekutín tzv. Ľahký tlak.
Koncom 19. storočia britský vedec James Maxwell predložil myšlienku, že svetlo môže vyvíjať tlak na fyzické objekty. Ruský vedec Pyotr Lebedev to čoskoro ukázal v praxi. Sila tohto tlaku je však veľmi malá av tých dňoch sa nevyužívala. Teraz sa v tejto oblasti zaoberá celá oblasť fyziky - optomechanika (za vývoj ktorej v roku 2018 Nobelovu cenu získal profesor Arthur Ashkin). Pomocou svetla zachytávajú živé bunky, pohybujú najmenšie častice hmoty a, ako sa ukázalo, rovnaké sily sa môžu použiť na miešanie tekutín. Práca vedcov je publikovaná v časopise Advanced Science.
Na základe najnovšieho pokroku v optomechanike vedci z Petrohradu vyvinuli nanoantennu, čo je malá kocka kremíka s veľkosťou asi dvesto nanometrov. Toto zariadenie, neviditeľné pre oko, je schopné ovládať svetelnú vlnu, ktorá ho zasiahne. „Naša nanoantenna premieňa kruhovo polarizované svetlo na optický vír,“vysvetľuje Alexander Shalin, profesor Univerzity Nový Phystech ITMO, „svetelná energia sa točí okolo.““
Vedci navrhli, aby sa nanočastice nanoanantén vypustili do kvapaliny aj z nanočastíc zlata. Častice zachytené optickým vírom sa začínajú točiť okolo kremíkovej kocky, čím pôsobia ako „lyžica“na miešanie reagencií. Okrem toho je veľkosť tohto systému taká malá, že môže zvýšiť difúziu faktorom 100 na jednom konci mikroreaktora, prakticky bez ovplyvnenia toho, čo sa deje na druhom konci.
„Zlato je chemicky inertný materiál, ktorý nereaguje dobre,“hovorí spoluautor Adria Canos Valero, „a tiež nie je toxický. Okrem toho sme potrebovali zabezpečiť, aby na nanočastice pôsobili iba sily odstreďovania a tlak žiarenia, ale nie príťažlivosť nanoantenny, inak by sa častice na ňu jednoducho prilepili. Tento efekt sa pozoruje pri časticiach zlata určitej veľkosti, ak na systém svieti obyčajný zelený laser. Zvažovali sme iné kovy, ale napríklad pre striebro sa tieto účinky pozorujú iba v ultrafialovom spektre, čo je menej výhodné. ““
Materiál poskytuje ITMO University Press Service
Propagačné video:
Vasily Makarov