מעת לעת, מדענים צריכים לשלוט בתהליך של ערבוב נוזלים בכלי כך
כיום ביולוגים, כימאים ורוקחיםלעתים קרובות משתמשים במיקרו-אורקטורים, לרוב משולבים במפעלים זעירים, אשר מיועדים לבצע מספר שלבים של סינתזה כימית של מוצר מסוים, מה שמכונה פלטפורמות "מעבדה על שבב". המכלים הזעירים הללו עם כניסה קטנה מבפנים יכולים לנוע בגודל של כמה מילימטרים מעוקבים ועד כמה סנטימטרים מעוקבים - לא יותר מתיבת גפרורים. עם זאת, הם מאפשרים בדיקות דם, לערבב מינונים מיקרוסקופיים של חומרים כדי ליצור תרופות יעילות ביותר ולבצע ניסויים בתאים.
מבט אמנותי של המעגל הפעיל המוצעערבוב ננו (משמאל) והפרדה רדיאלית של ננו-חלקיקים (מימין). ננוקוביית סיליקון הטבולה בתמיסה מימית מוארת על ידי קרן לייזר מקוטבת מעגלית המגיעה מלמעלה.
עם זאת, יש בעיה אחת שלהםעבודה: מדענים למעשה אינם שולטים על מהירות הערבוב או מנקודת מבט מדעית על דיפוזיה של נוזלים וריאגנטים בתוך מעבדות כאלה על גבי גביש. מדענים מאוניברסיטת ITMO ועמיתיהם מהאקדמיה הצ'כית למדעים הציעו שיטה שיכולה לעזור בפתרון בעיה זו: הם החליטו להשתמש בלחץ הקרינה שנקרא.
בסוף המאה ה-19, המדען הבריטי ג'יימסהפקיד מקסוול הציע שאור יכול להפעיל לחץ על עצמים פיזיים. עד מהרה המדען הרוסי פיוטר לבדב הוכיח זאת. אולם כוחה של אינטראקציה כזו הוא קטן מאוד, ובאותה תקופה איש לא מצא בה שימוש. כיום ישנו תחום שלם של מדע בשם אופטומכניקה המתמקד בתופעה זו, ובשנת 2018 הוענק פרס נובל לפרופסור ארתור אשקין על עבודתו החלוצית בתחום זה. אור משמש ללכידת תאים חיים ולהזזת חלקיקים זעירים של חומרים. כעת מתברר שניתן להשתמש באותם כוחות לערבב נוזלים.
"הננואנטנה שלנו הופכת אור מקוטב מעגלי למערבולת אופטית, ואנרגיית האור מסתובבת סביבו."
אלכסנדר שלין, פרופסור בפקולטה לפיזיקה של ITMO
בהתבסס על התגליות האחרונות בתחוםמדענים מסנט פטרסבורג פיתחו ננוטננה המורכבת מקוביית סיליקון זעירה בגודל 200 ננומטר. מכשיר זה, בלתי נראה לעין האנושית, יכול להשפיע באופן יעיל על האור באופן מיוחד.
בנוסף לננונטנות, מדענים הציעו גם להציג אתחלקיקים מזהב זהב בנוזל. חלקיקים שנלכדו על ידי המערבולת האופטית מתחילים להסתובב סביב קוביית הסיליקון, ומשמשים כ"כף "ערבוב לערבוב הריאגנטים. יתר על כן, גודלה של מערכת כזו הוא כה קטן עד שהיא יכולה לחזק את הפיזור בפינה אחת של מיקרו-ווקטור מאות פעמים, למעשה מבלי להשפיע על המתרחש בפינה השנייה.
"זהב אינרטי מבחינה כימיתחומר שמגיב מעט. זה גם לא רעיל. יתרה מכך, היינו צריכים לתכנן אותו כך שרק הננו-חלקיקים ולחץ הקרינה יפעלו על הננו-חלקיקים כך שכוחות אחרים לא יאלצו אותם להימשך לכיוון האנטנה, אחרת החלקיקים פשוט יידבקו אליה. אפקט זה נצפה עבור חלקיקי זהב בגודל מסוים אם נאיר את המערכת בלייזר ירוק רגיל. "בדקנו מתכות אחרות, אבל לגבי כסף, למשל, ההשפעה הזו נצפית רק בטווח האולטרה סגול, וזה פחות נוח, אבל עשוי להיות שימושי להגברת היעילות של כמה תגובות המופעלות פוטוכימית".
אדריאנוס ולרו, אחד הכותבים הראשיים של המחקר
אגב, ניתן להשתמש בשיטה זו לא רק עבורערבוב נוזלים, אך גם למיון חלקיקים מזהב: אם מדענים צריכים לבחור חלקיקי זהב בגודל מסוים, למשל 30 ננומטר, לצורך הניסוי. נכון להיום, המערכת מעוצבת במלואה, ופותח מודל תיאורטי עבורה. ביצוע ניסויים יהיה השלב הבא.