Kartkartėmis mokslininkams reikia kontroliuoti skysčių maišymo induose procesą
Šiuo metu biologai, chemikai ir vaistininkaidažnai naudojami mikroreaktoriai, dažnai integruojami į miniatiūrinius augalus, kurie yra skirti atlikti tam tikros prekės cheminės sintezės kelis etapus, vadinamąsias „laboratorijoje ant lusto“ platformas. Šios mažos taros su mažais įpjovimais viduje gali būti nuo kelių kubinių milimetrų iki kelių kubinių centimetrų - ne daugiau kaip degtukų dėžutė. Tačiau jie leidžia atlikti kraujo tyrimus, maišyti mikroskopines medžiagų dozes, kad būtų sukurti labai veiksmingi vaistai ir atlikti eksperimentai su ląstelėmis.
Meninis siūlomos aktyviosios grandinės vaizdasnanomaišymas (kairėje) ir radialinis nanodalelių atskyrimas (dešinėje). Į vandeninį tirpalą panardintas silicio nanokubas apšviečiamas apskrito poliarizuoto lazerio spinduliu, sklindančiu iš viršaus.
Tačiau yra viena jų problemadarbas: mokslininkai praktiškai nekontroliuoja maišymo greičio arba, moksliniu požiūriu, skysčių ir reagentų sklaidos tokiose laboratorijose ant kristalo. ITMO universiteto mokslininkai ir jų kolegos iš Čekijos mokslų akademijos pasiūlė metodą, kuris gali padėti išspręsti šią problemą: jie nusprendė naudoti vadinamąjį radiacijos slėgį.
XIX amžiaus pabaigoje britų mokslininkas JamesasTarnautojas Maxwellas teigė, kad šviesa gali daryti spaudimą fiziniams objektams. Netrukus rusų mokslininkas Piotras Lebedevas tai įrodė. Tačiau tokios sąveikos jėga yra labai maža, ir tuo metu niekas nerado jai naudos. Šiuo metu yra visa mokslo sritis, vadinama optomechanika, kurioje pagrindinis dėmesys skiriamas šiam reiškiniui, o 2018 m. Nobelio premija buvo skirta profesoriui Arthurui Ashkinui už jo novatorišką darbą šioje srityje. Šviesa naudojama gyvoms ląstelėms užfiksuoti ir mažoms medžiagų dalelėms perkelti. Dabar paaiškėjo, kad skysčiams maišyti galima naudoti tas pačias jėgas.
„Mūsų nanoantena paverčia apskrito poliarizuotą šviesą optiniu sūkuriu, o šviesos energija sukasi aplink ją.
Aleksandras Šalinas, ITMO Fizikos fakulteto profesorius
Remiantis naujausiais atradimais šioje srityjeoptomechanikai, mokslininkai iš Sankt Peterburgo sukūrė nanoanteną, kurią sudaro mažas maždaug 200 nanometrų dydžio silicio kubas. Šis žmogaus akiai nematomas prietaisas ypatingai gali veiksmingai paveikti šviesą.
Be nanoantenų, mokslininkai taip pat pasiūlė įvestiskystos aukso nanodalelės. Dalelės, užfiksuotos optiniu sūkuriu, pradeda suktis aplink silicio kubą, veikdamos kaip maišymo „šaukštas“ reagentams maišyti. Be to, tokios sistemos dydis yra toks mažas, kad ji šimtus kartų gali padidinti difuziją viename mikroreaktoriaus kampe, praktiškai nepaveikdama to, kas vyksta kitame.
„Auksas yra chemiškai inertiškasmažai reaguojanti medžiaga. Jis taip pat netoksiškas. Be to, reikėjo suprojektuoti taip, kad nanodaleles veiktų tik nanodalelės ir spinduliuotės slėgis, kad kitos jėgos nepriverstų jų traukti link antenos, kitaip dalelės prie jos tiesiog priliptų. Šis efektas pastebimas tam tikro dydžio aukso dalelėms, jei sistemą apšviečiame įprastu žaliu lazeriu. „Mes pažvelgėme į kitus metalus, bet, pavyzdžiui, sidabro atveju šis poveikis pastebimas tik ultravioletinių spindulių diapazone, o tai yra mažiau patogu, bet gali būti naudinga siekiant padidinti kai kurių fotochemiškai aktyvuotų reakcijų efektyvumą.
Adrianos Valero, vienas pagrindinių tyrimo autorių
Beje, šis metodas gali būti naudojamas ne tikmaišant skysčius, bet taip pat rūšiuojant aukso nanodaleles: jei mokslininkams eksperimentui reikia pasirinkti tam tikro dydžio aukso daleles, pavyzdžiui, 30 nanometrų. Iki šiol sistema yra visiškai suprojektuota, ir jai buvo sukurtas teorinis modelis. Kitas žingsnis bus eksperimentų atlikimas.