Fra tid til annen må forskere kontrollere prosessen med å blande væsker i kar så
For tiden biologer, kjemikere og farmasøyterMikroreaktorer brukes ofte, ofte integrert i miniatyranlegg, som er designet for å utføre flere stadier av kjemisk syntese av et bestemt produkt, det såkalte “laboratorium på en chip” -plattformer. Disse bittesmå beholderne med små innrykk på innsiden kan variere i størrelse fra noen få kubikk millimeter til flere kubikk centimeter - ikke mer enn en fyrstikkeske. Imidlertid tillater de blodprøver, blander mikroskopiske doser av stoffer for å lage svært effektive medisiner og utføre eksperimenter på celler.
Kunstnerisk syn på den foreslåtte aktive kretsennanoblanding (til venstre) og radiell separasjon av nanopartikler (til høyre). En silisiumnanokube nedsenket i en vandig løsning er opplyst av en sirkulært polarisert laserstråle som kommer ovenfra.
Imidlertid er det ett problem med deresarbeid: forskere kontrollerer praktisk talt ikke hastigheten på blanding eller fra et vitenskapelig synspunkt diffusjonen av væsker og reagenser i slike laboratorier på en krystall. Forskere fra ITMO University og deres kolleger fra det tsjekkiske vitenskapsakademiet har foreslått en metode som kan bidra til å løse dette problemet: De bestemte seg for å bruke det såkalte strålingstrykket.
På slutten av 1800-tallet, den britiske vitenskapsmannen JamesKontorist Maxwell foreslo at lys kunne utøve press på fysiske gjenstander. Snart beviste den russiske vitenskapsmannen Pyotr Lebedev dette. Likevel er kraften til en slik interaksjon veldig liten, og på den tiden fant ingen bruk for den. Det er nå et helt vitenskapsfelt kalt optomekanikk som fokuserer på dette fenomenet, og i 2018 ble Nobelprisen tildelt professor Arthur Ashkin for hans banebrytende arbeid på dette feltet. Lys brukes til å fange levende celler og flytte små partikler av stoffer. Nå viser det seg at de samme kreftene kan brukes til å blande væsker.
"Vår nanoantenne gjør sirkulært polarisert lys til en optisk virvel, og lysenergien roterer rundt den."
Alexander Shalin, professor ved ITMO-fakultetet for fysikk
Basert på de siste funnene i feltetoptomekanikere, forskere fra St. Petersburg har utviklet en nanoantenna bestående av en ørliten silisiumkube på omtrent 200 nanometer. Denne enheten, usynlig for det menneskelige øyet, kan effektivt påvirke lyset på en spesiell måte.
I tillegg til nanoantennas, foreslo forskere også innføring avnanopartikler av gull i væske. Partikler fanget av den optiske virvelen begynner å rotere rundt kuben av silisium, og fungerer som en blandende "skje" for å blande reagensene. Videre er størrelsen på et slikt system så liten at det kan forbedre diffusjon i det ene hjørnet av mikroreaktoren hundrevis av ganger, praktisk talt uten å påvirke hva som skjer i det andre.
"Gull er kjemisk inertmateriale som reagerer lite. Det er også ikke giftig. Dessuten trengte vi å designe den slik at bare nanopartikler og strålingstrykk virket på nanopartikler slik at andre krefter ikke tvang dem til å trekkes mot antennen, ellers ville partiklene rett og slett holde seg til den. Denne effekten observeres for gullpartikler av en viss størrelse hvis vi belyser systemet med en vanlig grønn laser. "Vi har sett på andre metaller, men for sølv, for eksempel, er denne effekten bare observert i det ultrafiolette området, noe som er mindre praktisk, men kan være nyttig for å øke effektiviteten til noen fotokjemisk aktiverte reaksjoner."
Adrianos Valero, en av hovedforfatterne av studien
For øvrig kan denne metoden ikke bare brukes tilblanding av væsker, men også for sortering av nanopartikler i gull: hvis forskere trenger å velge gullpartikler av en viss størrelse, for eksempel 30 nanometer, for eksperimentet. Til dags dato er systemet fullt designet, og det er utviklet en teoretisk modell for det. Å gjennomføre eksperimenter vil være neste trinn.