От време на време учените трябва да контролират процеса на смесване на течности в съдове, така че
В момента биолози, химици и фармацевтичесто се използват микрореактори, често интегрирани в миниатюрни инсталации, които са проектирани да извършват няколко етапа на химичен синтез на определен продукт, така наречените платформи „лаборатория на чип“. Тези малки контейнери с малки вдлъбнатини от вътрешната страна могат да варират в размер от няколко кубически милиметра до няколко кубически сантиметра - не повече от кибритена кутия. Те обаче позволяват кръвни тестове, смесват микроскопични дози вещества, за да създадат високоефективни лекарства и да провеждат експерименти върху клетки.
Художествен изглед на предложената активна веригананосмесване (вляво) и радиално разделяне на наночастици (вдясно). Силициев нанокуб, потопен във воден разтвор, се осветява от кръгово поляризиран лазерен лъч, идващ отгоре.
Има обаче един проблем с технитеработа: учените практически не контролират скоростта на смесване или, от научна гледна точка, дифузия на течности и реагенти вътре в такива лаборатории върху кристал. Учени от университета ITMO и техните колеги от Чешката академия на науките предложиха метод, който може да помогне за решаването на този проблем: те решиха да използват така нареченото радиационно налягане.
В края на 19 век британският учен ДжеймсКлерк Максуел предположи, че светлината може да упражнява натиск върху физически обекти. Скоро руският учен Пьотър Лебедев доказа това. И все пак силата на такова взаимодействие е много малка и по това време никой не намери приложение за него. Сега има цяла област от науката, наречена оптомеханика, която се фокусира върху този феномен, а през 2018 г. Нобеловата награда беше присъдена на професор Артър Ашкин за неговата пионерска работа в тази област. Светлината се използва за улавяне на живи клетки и за преместване на малки частици вещества. Сега се оказва, че същите сили могат да се използват за смесване на течности.
„Нашата наноантена превръща кръгово поляризирана светлина в оптичен вихър и светлинната енергия се върти около него.“
Александър Шалин, професор във Физическия факултет на ITMO
Въз основа на последните открития в тази областоптимеханисти, учени от Санкт Петербург са разработили наноантена, състояща се от мъничък силиконов куб с размер около 200 нанометра. Това устройство, невидимо за човешкото око, може ефективно да въздейства върху светлината по специален начин.
В допълнение към наноантените, учените също предложиха въвеждането назлатни наночастици в течност. Частиците, уловени от оптичния вихър, започват да се въртят около куба силиций, действайки като "лъжица" за смесване на реагентите. Освен това размерът на такава система е толкова малък, че може да засили дифузията в единия ъгъл на микрореактора стотици пъти, практически без това да влияе на случващото се в другата.
„Златото е химически инертноматериал, който реагира слабо. Също така е нетоксичен. Освен това трябваше да го проектираме така, че само наночастиците и радиационното налягане да действат върху наночастиците, без други сили да ги придърпват към антената, в противен случай частиците просто биха се залепили за нея. Този ефект се наблюдава при златни частици с определен размер, ако осветим системата с обикновен зелен лазер. „Разгледахме други метали, но за среброто, например, този ефект се наблюдава само в ултравиолетовия диапазон, което е по-малко удобно, но може да бъде полезно за повишаване на ефективността на някои фотохимично активирани реакции.“
Адрианос Валеро, един от основните автори на изследването
Между другото, този метод може да се използва не само засмесване на течности, но и за сортиране на златни наночастици: ако учените трябва да изберат златни частици с определен размер, например 30 нанометра, за експеримента. Към днешна дата системата е изцяло проектирана и за нея е разработен теоретичен модел. Провеждането на експерименти ще бъде следващата стъпка.