A tudósoknak időről időre ellenőrizniük kell a folyadékok keverésének folyamatát az edényekben
Jelenleg biológusok, vegyészek és gyógyszerészekGyakran használnak mikroreaktorokat, gyakran miniatűr növényekbe integrálva, amelyeket egy adott termék kémiai szintézise több szakaszának, az úgynevezett „on-a-chip” platformon történő végrehajtására terveztek. Ezeknek az apró tartályoknak, amelyek belső részén kis bemélyedések vannak, méretük lehet néhány köb-millimétertől néhány köbcentiméterig terjedhet - nem több, mint egy gyufaszál. Lehetővé teszik a vérvizsgálatot, mikroszkopikus adagokban keverik az anyagokat, hogy nagyon hatékony gyógyszereket hozzanak létre és kísérleteket végezzenek a sejteken.
A javasolt aktív áramkör művészi képenanokeverés (balra) és nanorészecskék radiális szétválasztása (jobbra). A vizes oldatba mártott szilícium nanokockát felülről érkező, körkörösen polarizált lézersugár világítja meg.
Van azonban egy probléma ezekkelmunka: a tudósok gyakorlatilag nem ellenőrzik a keverés sebességét, vagy tudományos szempontból a folyadékok és reagensek diffúzióját az ilyen laboratóriumokban egy kristályon. Az ITMO Egyetem tudósai és kollégáik a Cseh Tudományos Akadémiáról olyan módszert javasoltak, amely segíthet a probléma megoldásában: úgy döntöttek, hogy az úgynevezett sugárzási nyomást használják.
A 19. század végén James brit tudósMaxwell jegyző azt javasolta, hogy a fény nyomást gyakorolhat a fizikai tárgyakra. Hamarosan az orosz tudós, Pjotr Lebegyev bebizonyította ezt. Pedig egy ilyen interakció ereje nagyon kicsi, és akkoriban senki sem talált rá hasznot. Manapság már létezik egy optomechanikának nevezett tudomány, amely erre a jelenségre összpontosít, és 2018-ban a Nobel-díjat Arthur Ashkin professzor kapta az ezen a területen végzett úttörő munkájáért. A fényt az élő sejtek befogására és az anyag apró részecskéinek mozgatására használják. Most kiderült, hogy ugyanazokkal az erőkkel lehet folyadékokat keverni.
"Nanoantennánk a körkörösen polarizált fényt optikai örvénylé alakítja, és a fényenergia forog körülötte."
Alexander Shalin, az ITMO Fizikai Karának professzora
A terület legújabb felfedezései alapjánoptomechanika, a szentpétervári tudósok kidolgoztak egy nanoantennát, amely egy apró, körülbelül 200 nanométer méretű szilikonkockából áll. Ez az emberi szem számára láthatatlan eszköz speciálisan hatékonyan befolyásolja a fényt.
A nanoantennák mellett a tudósok javasolták afolyékony arany nanorészecskék. Az optikai örvény által elfogott részecskék forognak a szilikon kocka körül, és keverő „kanálként” szolgálnak a reagensek összekeverésére. Sőt, egy ilyen rendszer mérete olyan kicsi, hogy ez többszörösére képes fokozni a diffúziót a mikroreaktor egyik sarkában, gyakorlatilag anélkül, hogy befolyásolná a másikban zajló eseményeket.
"Az arany kémiailag inertkevéssé reagáló anyag. Ezenkívül nem mérgező. Sőt, úgy kellett megterveznünk, hogy csak a nanorészecskék és a sugárzási nyomás hatott a nanorészecskékre, hogy más erők ne kényszerítsék őket az antenna felé húzásra, különben a részecskék egyszerűen hozzátapadnak. Ez a hatás bizonyos méretű aranyszemcséknél figyelhető meg, ha normál zöld lézerrel világítjuk meg a rendszert. "Más fémeket is megvizsgáltunk, de például az ezüst esetében ez a hatás csak az ultraibolya tartományban figyelhető meg, ami kevésbé kényelmes, de hasznos lehet egyes fotokémiailag aktivált reakciók hatékonyságának növelésére."
Adrianos Valero, a tanulmány egyik fő szerzője
Mellesleg, ez a módszer nemcsak használhatófolyadékok keverése, valamint az arany nanorészecskék válogatása: ha a tudósoknak kiválasztaniuk kell a kísérlethez egy bizonyos méretű, például 30 nanométer méretű arany részecskéket. A mai napig a rendszert teljesen megtervezték, és ehhez elméleti modellt dolgoztak ki. A következő lépés a kísérletek elvégzése.