De vez en cuando, los científicos necesitan controlar el proceso de mezclar líquidos en recipientes para que
Actualmente biólogos, químicos y farmacéuticos.A menudo se utilizan microrreactores, a menudo integrados en plantas en miniatura, que están diseñados para realizar varias etapas de síntesis química de un producto en particular, las llamadas plataformas de "laboratorio en un chip". Estos pequeños contenedores con pequeñas hendiduras en el interior pueden variar en tamaño desde unos pocos milímetros cúbicos hasta varios centímetros cúbicos, no más que una caja de cerillas. Sin embargo, permiten análisis de sangre, mezclan dosis microscópicas de sustancias para crear fármacos altamente efectivos y realizan experimentos en células.
Vista artística del circuito activo propuesto.nanomezcla (izquierda) y separación radial de nanopartículas (derecha). Un nanocubo de silicio sumergido en una solución acuosa se ilumina mediante un rayo láser polarizado circularmente que viene desde arriba.
Sin embargo, hay un problema con sutrabajo: los científicos prácticamente no controlan la velocidad de mezcla o, desde un punto de vista científico, la difusión de líquidos y reactivos dentro de tales laboratorios en un cristal. Los científicos de la Universidad ITMO y sus colegas de la Academia Checa de Ciencias han propuesto un método que puede ayudar a resolver este problema: decidieron usar la llamada presión de radiación.
A finales del siglo XIX, el científico británico JamesEl secretario Maxwell sugirió que la luz podía ejercer presión sobre objetos físicos. Pronto el científico ruso Pyotr Lebedev lo demostró. Sin embargo, la fuerza de tal interacción es muy pequeña y en ese momento nadie encontró utilidad para ella. Actualmente existe todo un campo de la ciencia llamado optomecánica que se centra en este fenómeno, y en 2018 se otorgó el Premio Nobel al profesor Arthur Ashkin por su trabajo pionero en este campo. La luz se utiliza para capturar células vivas y mover pequeñas partículas de sustancias. Ahora resulta que se pueden utilizar las mismas fuerzas para mezclar líquidos.
"Nuestra nanoantena convierte la luz polarizada circularmente en un vórtice óptico y la energía luminosa gira a su alrededor".
Alexander Shalin, profesor de la Facultad de Física ITMO
Basado en los últimos descubrimientos en el campo.Los optomecánicos, científicos de San Petersburgo, han desarrollado una nanoantena que consiste en un pequeño cubo de silicio de unos 200 nanómetros de tamaño. Este dispositivo, invisible para el ojo humano, puede afectar efectivamente la luz de una manera especial.
Además de las nanoantenas, los científicos también propusieron la introducción denanopartículas de oro en líquido. Las partículas capturadas por el vórtice óptico comienzan a girar alrededor del cubo de silicio, actuando como una "cuchara" de mezcla para mezclar los reactivos. Además, el tamaño de dicho sistema es tan pequeño que puede mejorar la difusión en una esquina del microreactor cientos de veces, prácticamente sin afectar lo que sucede en la otra.
"El oro es químicamente inerteMaterial que reacciona poco. Tampoco es tóxico. Además, necesitábamos diseñarlo de modo que solo las nanopartículas y la presión de la radiación actuaran sobre las nanopartículas, de modo que otras fuerzas no las obligaran a ser atraídas hacia la antena, de lo contrario, las partículas simplemente se pegarían a ella. Este efecto se observa para partículas de oro de cierto tamaño si iluminamos el sistema con un láser verde normal. "Hemos analizado otros metales, pero en el caso de la plata, por ejemplo, este efecto sólo se observa en el rango ultravioleta, lo cual es menos conveniente, pero puede ser útil para aumentar la eficiencia de algunas reacciones activadas fotoquímicamente".
Adrianos Valero, uno de los principales autores del estudio
Por cierto, este método puede usarse no solo paramezclar líquidos, pero también para clasificar nanopartículas de oro: si los científicos necesitan elegir partículas de oro de cierto tamaño, por ejemplo, 30 nanómetros, para el experimento. Hasta la fecha, el sistema está completamente diseñado y se ha desarrollado un modelo teórico para él. La realización de experimentos será el siguiente paso.