L'ITMO a décidé de mélanger des liquides dans des microréacteurs avec de la lumière et des nanoantennas

De temps en temps, les scientifiques doivent contrôler le processus de mélange de liquides dans des récipients afin

petit, qu'une fine aiguille ou même des cheveux ne sont pasy rentrera. Dans le même temps, le contrôle du taux de diffusion des molécules dans les microréacteurs est extrêmement important pour développer de nouveaux médicaments, mener des expériences biologiques et même réaliser des tests rapides pour détecter des maladies. Les scientifiques de l'Université ITMO et leurs collègues de l'Académie tchèque des sciences ont proposé de résoudre ce problème en utilisant l'énergie lumineuse.

Actuellement biologistes, chimistes et pharmaciensles microréacteurs sont souvent utilisés, souvent intégrés dans des usines miniatures, conçues pour effectuer plusieurs étapes de synthèse chimique d'un produit particulier, les plates-formes dites de «laboratoire sur puce». Ces petits contenants avec de petites empreintes à l'intérieur peuvent varier en taille de quelques millimètres cubes à plusieurs centimètres cubes - pas plus qu'une boîte d'allumettes. Cependant, ils permettent des analyses de sang, mélangent des doses microscopiques de substances pour créer des médicaments très efficaces et mènent des expériences sur des cellules.

Vue artistique du circuit actif proposénanomélange (à gauche) et séparation radiale des nanoparticules (à droite). Un nanocube de silicium immergé dans une solution aqueuse est éclairé par un faisceau laser polarisé circulairement venant du dessus.

Cependant, il y a un problème avec leurtravail: les scientifiques ne contrôlent pratiquement pas la vitesse de mélange ou, d'un point de vue scientifique, la diffusion de liquides et de réactifs à l'intérieur de tels laboratoires sur un cristal. Des scientifiques de l'Université ITMO et leurs collègues de l'Académie tchèque des sciences ont proposé une méthode qui peut aider à résoudre ce problème: ils ont décidé d'utiliser la soi-disant pression de rayonnement.

A la fin du XIXe siècle, le scientifique britannique JamesLe greffier Maxwell a suggéré que la lumière pouvait exercer une pression sur les objets physiques. Bientôt, le scientifique russe Piotr Lebedev le prouva. Pourtant, la force d’une telle interaction est très faible et, à cette époque, personne n’en trouvait l’utilité. Il existe désormais tout un domaine scientifique appelé optomécanique qui se concentre sur ce phénomène, et en 2018 le prix Nobel a été décerné au professeur Arthur Ashkin pour ses travaux pionniers dans ce domaine. La lumière est utilisée pour capturer les cellules vivantes et déplacer de minuscules particules de substances. Il s’avère maintenant que les mêmes forces peuvent être utilisées pour mélanger des liquides.

"Notre nanoantenne transforme la lumière polarisée circulairement en un vortex optique et l'énergie lumineuse tourne autour de lui."

Alexander Shalin, professeur à la Faculté de physique ITMO

Basé sur les dernières découvertes dans le domaineoptomécaniciens, des scientifiques de Saint-Pétersbourg ont mis au point une nanoantenne composée d'un minuscule cube de silicium d'environ 200 nanomètres. Cet appareil, invisible à l'œil humain, peut affecter efficacement la lumière d'une manière spéciale.

En plus des nanoantennas, les scientifiques ont également proposé l’introduction denanoparticules d'or dans un liquide. Les particules capturées par le vortex optique commencent à tourner autour du cube de silicium, agissant comme une «cuillère» de mélange pour mélanger les réactifs. De plus, la taille d'un tel système est si petite qu'elle peut améliorer la diffusion dans un coin du microréacteur des centaines de fois, pratiquement sans affecter ce qui se passe dans l'autre.

"L'or est chimiquement inertematériau qui réagit peu. Il est également non toxique. De plus, nous devions le concevoir de manière à ce que seules les nanoparticules et la pression de rayonnement agissent sur les nanoparticules afin que d'autres forces ne les forcent pas à être tirées vers l'antenne, sinon les particules s'y colleraient simplement. Cet effet est observé pour les particules d'or d'une certaine taille si nous éclairons le système avec un laser vert ordinaire. "Nous avons examiné d'autres métaux, mais pour l'argent, par exemple, cet effet n'est observé que dans le domaine ultraviolet, ce qui est moins pratique, mais peut être utile pour augmenter l'efficacité de certaines réactions photochimiquement activées."

Adrianos Valero, l'un des principaux auteurs de l'étude

Soit dit en passant, cette méthode peut être utilisée non seulement pourmélanger des liquides, mais aussi pour trier des nanoparticules d'or: si les scientifiques doivent choisir des particules d'or d'une certaine taille, par exemple 30 nanomètres, pour l'expérience. À ce jour, le système est entièrement conçu et un modèle théorique a été développé pour lui. La conduite d'expériences sera la prochaine étape.