Ajoittain tutkijoiden on valvottava nesteiden sekoitusprosessia astioissa niin
Tällä hetkellä biologit, kemit ja farmaseutitUsein käytetään mikroreaktoreita, jotka integroidaan usein miniatyyrilaitoksiin, jotka on suunniteltu suorittamaan tietyn tuotteen kemiallisen synteesin useita vaiheita, ns. “laboratoriossa on sirulla” -alustat. Nämä pienet astiat, joiden sisäpuolella on pienet sisennykset, voivat olla kooltaan muutamasta kuutiometriä - useista kuutiometriä - enintään tulitikkurasia. Ne sallivat kuitenkin verikokeet, sekoittavat mikroskooppisia annoksia aineita erittäin tehokkaiden lääkkeiden luomiseksi ja kokeiden suorittamiseksi soluille.
Taiteellinen näkymä ehdotetusta aktiivisesta piiristänanosekoitus (vasemmalla) ja nanopartikkelien radiaalinen erottelu (oikealla). Vesiliuokseen upotettu piinanokuutio valaisee ylhäältä tulevalla ympyräpolarisoidulla lasersäteellä.
Heillä on kuitenkin yksi ongelmatyö: tutkijat käytännössä eivät hallitse sekoittamisen nopeutta tai tieteellisestä näkökulmasta nesteiden ja reagenssien leviämistä tällaisten laboratorioiden sisällä kristallilla. ITMO-yliopiston tutkijat ja heidän kollegansa Tšekin tiedeakatemiasta ovat ehdottaneet menetelmää, joka voi auttaa ratkaisemaan tämän ongelman: he päättivät käyttää ns. Säteilypainetta.
1800-luvun lopulla brittiläinen tiedemies JamesClerk Maxwell ehdotti, että valo voisi kohdistaa painetta fyysisiin esineisiin. Pian venäläinen tiedemies Pjotr Lebedev todisti tämän. Silti tällaisen vuorovaikutuksen voima on hyvin pieni, eikä siihen tuolloin kukaan löytänyt käyttöä. Nykyään on olemassa kokonainen optomekaniikka-niminen tieteenala, joka keskittyy tähän ilmiöön, ja vuonna 2018 Nobel-palkinto myönnettiin professori Arthur Ashkinille uraauurtavasta työstään tällä alalla. Valoa käytetään elävien solujen vangitsemiseen ja pienten ainehiukkasten siirtämiseen. Nyt käy ilmi, että samoja voimia voidaan käyttää nesteiden sekoittamiseen.
"Nanoantennimme muuttaa ympyräpolarisoidun valon optiseksi pyörteeksi ja valoenergia pyörii sen ympärillä."
Alexander Shalin, ITMO:n fysiikan tiedekunnan professori
Perustuu alan viimeisimpiin löytöihinoptomekaanikot, Pietarin tutkijat ovat kehittäneet nanoantennin, joka koostuu pienestä noin 200 nanometrin piukuutiosta. Tämä ihmissilmälle näkymätön laite voi vaikuttaa valoon tehokkaasti erityisellä tavalla.
Nanoantennien lisäksi tutkijat ehdottivat myösnestemäiset kullan nanohiukkaset. Optisen pyörteen kaapatut hiukkaset alkavat pyöriä piin kuution ympäri toimien sekoituslusikkana reagenssien sekoittamiseksi. Lisäksi tällaisen järjestelmän koko on niin pieni, että se voi parantaa diffuusiota mikroreaktorin yhdessä kulmassa satoja kertoja käytännössä vaikuttamatta siihen, mitä toisessa tapahtuu.
"Kulta on kemiallisesti inerttiämateriaalia, joka reagoi vähän. Se on myös myrkytön. Lisäksi piti suunnitella se niin, että vain nanopartikkelit ja säteilypaine vaikuttivat nanopartikkeleihin, jotta muut voimat eivät pakottaisi niitä vetämään antennia kohti, muuten hiukkaset vain tarttuisivat siihen. Tämä vaikutus havaitaan tietyn kokoisille kultahiukkasille, jos valaistamme järjestelmän tavallisella vihreällä laserilla. "Olemme tutkineet muita metalleja, mutta esimerkiksi hopealla tämä vaikutus havaitaan vain ultraviolettialueella, mikä on vähemmän kätevää, mutta voi olla hyödyllinen joidenkin fotokemiallisesti aktivoitujen reaktioiden tehokkuuden lisäämiseksi."
Adrianos Valero, yksi tutkimuksen päätekijöistä
Tätä menetelmää voidaan muuten käyttää paitsinesteiden sekoittaminen, mutta myös kullan nanohiukkasten lajittelu: jos tutkijoiden on valittava kokeeseen tietyn kokoiset, esimerkiksi 30 nanometrin kokoiset kultahiukkaset. Tähän mennessä järjestelmä on täysin suunniteltu, ja sille on kehitetty teoreettinen malli. Kokeilujen suorittaminen on seuraava askel.