科学者は時々、容器内の液体を混合するプロセスを制御する必要があります。
現在生物学者、化学者、薬剤師マイクロリアクターはしばしば使用され、しばしばミニチュアプラントに統合され、特定の製品の化学合成のいくつかの段階を実行するように設計されており、いわゆる「ラボラトリーオンチップ」プラットフォームです。内側に小さなくぼみがあるこれらの小さな容器は、数立方ミリメートルから数立方センチメートルのサイズの範囲で、マッチボックスにすぎません。しかし、それらは血液検査を可能にし、顕微鏡用量の物質を混合して非常に効果的な薬を作り、細胞の実験を行います。
提案された能動回路の外観ナノ混合（左）とナノ粒子の放射状分離（右）。水溶液に浸されたシリコン ナノキューブは、上から来る円偏光レーザー ビームによって照射されます。
しかし、彼らには1つの問題があります仕事：科学者は実際には混合の速度を制御しません、または科学的な観点から、そのような実験室内の結晶上の液体と試薬の拡散を制御しません。 ITMO大学の科学者とチェコ科学アカデミーの同僚は、この問題の解決に役立つ方法を提案しました。いわゆる放射圧を使用することにしました。
19世紀末、イギリスの科学者ジェームスは、マクスウェル事務官は、光が物理的な物体に圧力を加える可能性があると示唆した。すぐにロシアの科学者ピョートル・レベデフがこれを証明しました。しかし、そのような相互作用の力は非常に小さく、当時は誰もそれを利用することができませんでした。現在、この現象に焦点を当てたオプトメカニクスと呼ばれる科学分野全体が存在しており、2018年にはこの分野での先駆的な業績を評価され、アーサー・アシュキン教授にノーベル賞が授与されました。光は、生きた細胞を捕らえ、物質の小さな粒子を移動させるために使用されます。同じ力を液体の混合に使用できることがわかりました。
「私たちのナノアンテナは円偏光を光渦に変え、光エネルギーがその周りを回転します。」
アレクサンダー・シャリン、ITMO物理学部教授
現場での最新の発見に基づくオプトメカニスト、サンクトペテルブルクの科学者は、サイズが約200ナノメートルの小さなシリコンキューブで構成されるナノアンテナを開発しました。人間の目には見えないこの装置は、特別な方法で効果的に光に影響を与えることができます。
ナノアンテナに加えて、科学者はまたの導入を提案しました液体中の金ナノ粒子。光渦によって捕捉された粒子は、シリコンの立方体の周りを回転し始め、試薬を混合するための混合「スプーン」として機能します。さらに、そのようなシステムのサイズは非常に小さいため、マイクロリアクターの1つのコーナーでの拡散を何百回も強化することができます。
「金は化学的に不活性です反応が少ない素材です。毒性もありません。さらに、ナノ粒子と放射圧のみがナノ粒子に作用し、他の力によってナノ粒子がアンテナに向かって引っ張られないよう設計する必要がありました。そうしないと、粒子がアンテナにくっついてしまうだけです。この効果は、システムを通常の緑色レーザーで照射すると、特定のサイズの金粒子で観察されます。 「私たちは他の金属も検討しましたが、例えば銀の場合、この効果は紫外領域でのみ観察され、あまり便利ではありませんが、一部の光化学的に活性化された反応の効率を高めるには役立つかもしれません。」
アドリアーノス・バレロ氏、研究の主要著者の一人
ちなみに、この方法は液体の混合だけでなく、金ナノ粒子の選別にも使用できます。科学者が特定のサイズ、たとえば30ナノメートルの金粒子を実験に選択する必要がある場合。これまでに、システムは完全に設計されており、理論モデルが開発されています。次のステップは、実験を行うことです。