Laiku pa laikam zinātniekiem jākontrolē šķidrumu sajaukšanas process traukos tā
Pašlaik biologi, ķīmiķi un farmaceitibieži tiek izmantoti mikroreaktori, bieži integrēti miniatūros augos, kas ir paredzēti, lai veiktu vairākus konkrēta produkta ķīmiskās sintēzes posmus, tā sauktās “laboratorijas uz mikroshēmas” platformas. Šie niecīgie konteineri ar maziem iespiedumiem iekšpusē var svārstīties no dažiem kubikmilimetriem līdz vairākiem kubikcentimetriem - ne vairāk kā sērkociņu kastīte. Tomēr tie ļauj veikt asins analīzes, sajauc vielu mikroskopiskās devas, lai izveidotu ļoti efektīvas zāles un veiktu eksperimentus ar šūnām.
Piedāvātās aktīvās ķēdes mākslinieciskais skatsnanosajaukšana (pa kreisi) un nanodaļiņu radiālā atdalīšana (pa labi). Silīcija nanokubu, kas iegremdēts ūdens šķīdumā, apgaismo cirkulāri polarizēts lāzera stars, kas nāk no augšas.
Tomēr viņiem ir viena problēmadarbs: zinātnieki praktiski nekontrolē sajaukšanas ātrumu vai, no zinātniskā viedokļa, šķidrumu un reaģentu difūziju šādās laboratorijās uz kristāla. ITMO universitātes zinātnieki un viņu kolēģi no Čehijas Zinātņu akadēmijas ir ierosinājuši metodi, kas var palīdzēt atrisināt šo problēmu: viņi nolēma izmantot tā saukto radiācijas spiedienu.
19. gadsimta beigās britu zinātnieks DžeimssIerēdnis Maksvels ierosināja, ka gaisma var radīt spiedienu uz fiziskiem objektiem. Drīz krievu zinātnieks Pjotrs Ļebedevs to pierādīja. Taču šādas mijiedarbības spēks ir ļoti mazs, un tajā laikā neviens tam neatrada pielietojumu. Tagad ir vesela zinātnes joma, ko sauc par optomehāniku, kas koncentrējas uz šo fenomenu, un 2018. gadā Nobela prēmija tika piešķirta profesoram Artūram Aškinam par viņa novatorisko darbu šajā jomā. Gaismu izmanto dzīvu šūnu uztveršanai un sīku vielu daļiņu pārvietošanai. Tagad izrādās, ka šķidrumu sajaukšanai var izmantot tos pašus spēkus.
"Mūsu nanoantena pārvērš cirkulāri polarizētu gaismu optiskā virpulī, un gaismas enerģija griežas ap to."
Aleksandrs Šalins, ITMO Fizikas fakultātes profesors
Balstīts uz jaunākajiem atklājumiem šajā jomāoptomehāniķi, zinātnieki no Sanktpēterburgas ir izstrādājuši nanoantennu, kas sastāv no sīka silīcija kuba, kura izmērs ir aptuveni 200 nanometru. Šī cilvēka acij neredzamā ierīce īpašā veidā var efektīvi ietekmēt gaismu.
Papildus nanoantennām zinātnieki arī ierosināja ieviestzelta nanodaļiņas šķidrumā. Daļiņas, kuras uztver optiskais virpulis, sāk griezties ap silīcija kubu, darbojoties kā reaģentu sajaukšanas “karote”. Turklāt šādas sistēmas izmērs ir tik mazs, ka tā simtiem reižu var uzlabot difūziju vienā mikroreaktora stūrī, praktiski neietekmējot to, kas notiek otrā.
"Zelts ir ķīmiski inertsmateriāls, kas maz reaģē. Tas ir arī netoksisks. Turklāt mums tas bija jāizstrādā tā, lai tikai nanodaļiņas un radiācijas spiediens iedarbotos uz nanodaļiņām bez citiem spēkiem, kas izraisītu to vilkšanu pret antenu, pretējā gadījumā daļiņas vienkārši pieliptu pie tā. Šis efekts tiek novērots noteikta izmēra zelta daļiņām, ja mēs apgaismojam sistēmu ar parasto zaļo lāzeru. "Esam aplūkojuši citus metālus, bet, piemēram, sudrabam šis efekts ir novērojams tikai ultravioletā diapazonā, kas ir mazāk ērts, bet var būt noderīgs dažu fotoķīmiski aktivētu reakciju efektivitātes paaugstināšanai."
Adrianos Valero, viens no galvenajiem pētījuma autoriem
Starp citu, šo metodi var izmantot ne tikaišķidrumu sajaukšana, kā arī zelta nanodaļiņu šķirošana: ja zinātniekiem eksperimentam jāizvēlas noteikta lieluma zelta daļiņas, piemēram, 30 nanometri. Līdz šim sistēma ir pilnībā izstrādāta, un tai ir izstrādāts teorētiskais modelis. Nākamais solis būs eksperimentu veikšana.