Noen ganger trenger forskere å kontrollere prosessen med å blande væsker i så små beholdere at det ikke vil være mulig å senke selv den tynneste nålen eller til og med håret der. I mellomtiden er det veldig viktig å kontrollere diffusjonshastigheten til molekyler i såkalte mikroreaktorer for å lage nye effektive medisiner, gjennomføre noen biologiske eksperimenter og til og med raskt diagnostisere sykdommer. Forskere fra ITMO University og deres kolleger fra det tsjekkiske vitenskapsakademiet foreslo å løse problemet ved å bruke lysenergi.
I dag bruker biologer, kjemikere, farmasøyter i økende grad mikroreaktorer, også kalt laboratorier på en brikke. De bittesmå beholderne, stiplet med spor inni, varierer i størrelse fra noen få kubikk millimeter til noen få kubikk centimeter - ikke større enn en fyrstikkeske. Likevel gjør disse små enhetene det mulig å utføre raske blodprøver, blande mikroskopiske doser av stoffer for å oppnå svært effektive medikamenter og utføre eksperimenter på celler.
Når man arbeider med mikroreaktorer, er det imidlertid en vanskelighet: forskere kan praktisk talt ikke påvirke blandingshastigheten eller, i vitenskapelige termer, diffusjonen av væsker og reagenser som kommer inn i et slikt laboratorium på en chip. Forskere fra ITMO University har sammen med kolleger fra Tsjekkia foreslått en metodikk som kan løse dette problemet. De bestemte seg for å bruke det såkalte lette trykket for å blande væsker.
Tilbake på slutten av 1800-tallet la den britiske forskeren James Maxwell frem ideen om at lys kan utøve press på fysiske gjenstander. Snart viste den russiske forskeren Pyotr Lebedev dette i praksis. Kraften til dette trykket er imidlertid veldig liten, og i disse dager ble det ikke brukt. Nå er en hel gren av fysikk engasjert i dette området - optomekanikk (for utviklingen som i 2018 Nobelprisen ble mottatt av professor Arthur Ashkin). Ved hjelp av lys fanger de levende celler, beveger de minste partikler av materie og, som det viste seg, kan de samme kreftene brukes til å røre væsker. Forskernes arbeid er publisert i tidsskriftet Advanced Science.
Basert på de siste fremskrittene innen optomekanikk, har forskere fra St. Petersburg utviklet en nanoantenna, som er en bitteliten kube av silisium på omtrent to hundre nanometer i størrelse. Denne enheten, usynlig for øyet, er i stand til å kontrollere lysbølgen som treffer den. "Vår nanoantenna konverterer sirkulært polarisert lys til en optisk virvel," forklarer Alexander Shalin, professor ved ITMOs Novy Phystech University, "lysenergien virvler rundt den."
I tillegg til nanoantennas, foreslo forskere å sette en viss mengde gull nanopartikler i væsken. Partiklene fanget av den optiske virvelen begynner å snurre seg rundt silisiumkuben, og fungerer således som selve "skjeen" for å blande reagensene. Videre er størrelsen på dette systemet så liten at det kan øke diffusjonen med en faktor 100 i den ene enden av mikroreaktoren, praktisk talt uten å påvirke hva som skjer i den andre.
"Gull er et kjemisk inert materiale som ikke reagerer bra," sier medforfatter Adria Canos Valero, "og det er også giftig. I tillegg trengte vi å sikre at bare spinnkrefter og strålingstrykk virker på nanopartiklene, men ikke tiltrekningen til nanoantenna, ellers ville partiklene ganske enkelt holde seg til den. Denne effekten observeres for gullpartikler av en viss størrelse hvis en vanlig grønn laser skinner på systemet. Vi har vurdert andre metaller, men for eksempel for sølv observeres disse effektene bare i det ultrafiolette spekteret, noe som er mindre praktisk."
Materiale levert av ITMO University Press Service
Salgsfremmende video:
Vasily Makarov
