Fra tid til anden skal forskerne kontrollere processen med at blande væsker i beholdere så
I øjeblikket biologer, kemikere og farmaceutermikroreaktorer bruges ofte, ofte integreret i miniatyranlæg, som er designet til at udføre flere stadier af den kemiske syntese af et specifikt produkt, de såkaldte “laboratorium-på-en-chip” platforme. Disse små containere med små indrykk på indersiden kan variere i størrelse fra et par kubikmillimeter til adskillige kubikcentimeter - ikke mere end en tændkasse. De tillader imidlertid blodprøver, blander mikroskopiske doser af stoffer for at skabe yderst effektive lægemidler og udføre eksperimenter på celler.
Kunstnerisk syn på det foreslåede aktive kredsløbnanoblanding (venstre) og radial adskillelse af nanopartikler (højre). En siliciumnanokube nedsænket i en vandig opløsning belyses af en cirkulært polariseret laserstråle, der kommer fra oven.
Der er dog et problem med deresarbejde: forskere kontrollerer praktisk taget ikke hastigheden på blanding eller fra et videnskabeligt synspunkt diffusion af væsker og reagenser i sådanne laboratorier på en krystal. Forskere fra ITMO-universitetet og deres kolleger fra Det Tjekkiske Akademi for Videnskaber har foreslået en metode, der kan hjælpe med at løse dette problem: De besluttede at bruge det såkaldte strålingstryk.
I slutningen af det 19. århundrede, den britiske videnskabsmand JamesClerk Maxwell foreslog, at lys kunne udøve pres på fysiske genstande. Snart beviste den russiske videnskabsmand Pyotr Lebedev dette. Alligevel er kraften i en sådan interaktion meget lille, og på det tidspunkt fandt ingen brug for den. Der er nu et helt videnskabsområde kaldet optomekanik, der fokuserer på dette fænomen, og i 2018 blev Nobelprisen tildelt professor Arthur Ashkin for hans banebrydende arbejde på dette område. Lys bruges til at fange levende celler og flytte små partikler af stoffer. Nu viser det sig, at de samme kræfter kan bruges til at blande væsker.
"Vores nanoantenne forvandler cirkulært polariseret lys til en optisk hvirvel, og lysenergien roterer omkring den."
Alexander Shalin, professor ved ITMO Det Fysiske Fakultet
Baseret på de seneste opdagelser i markenoptomekanikere, forskere fra Skt. Petersborg har udviklet en nanoantenna bestående af en lille siliciumterning på omkring 200 nanometer i størrelse. Denne enhed, der er usynlig for det menneskelige øje, kan effektivt påvirke lyset på en speciel måde.
Foruden nanoantennas foreslog forskere også introduktionen afguld nanopartikler i væske. Partikler, der er fanget af den optiske hvirvel, begynder at rotere omkring kislen af silicium og fungerer som en blandende "ske" til blanding af reagenserne. Desuden er størrelsen på et sådant system så lille, at det kan forbedre diffusion i det ene hjørne af mikroreaktoren hundreder af gange, praktisk taget uden at påvirke, hvad der sker i det andet.
"Guld er kemisk inertmateriale, der reagerer lidt. Det er også ikke-giftigt. Desuden skulle vi designe det, så det kun var nanopartiklerne og strålingstrykket, der virkede på nanopartiklerne, så andre kræfter ikke tvang dem til at blive trukket mod antennen, ellers ville partiklerne simpelthen klæbe til den. Denne effekt observeres for guldpartikler af en vis størrelse, hvis vi belyser systemet med en almindelig grøn laser. "Vi har kigget på andre metaller, men for sølv, for eksempel, er denne effekt kun observeret i det ultraviolette område, hvilket er mindre bekvemt, men kan være nyttigt til at øge effektiviteten af nogle fotokemisk aktiverede reaktioner."
Adrianos Valero, en af hovedforfatterne til undersøgelsen
I øvrigt kan denne metode ikke kun bruges tilblanding af væsker, men også til sortering af gyldne nanopartikler: hvis forskere har brug for at vælge guldpartikler af en bestemt størrelse, for eksempel 30 nanometer, til eksperimentet. Hidtil er systemet fuldt designet, og der er udviklet en teoretisk model til det. Udførelse af eksperimenter er det næste trin.