De tempos em tempos, os cientistas precisam controlar o processo de mistura de líquidos em recipientes para
Atualmente biólogos, químicos e farmacêuticosOs micro-reatores são frequentemente usados, geralmente integrados em plantas em miniatura, projetadas para executar várias etapas de síntese química de um produto específico, as chamadas plataformas de "laboratório em um chip". Esses minúsculos contêineres com pequenos entalhes no interior podem variar de alguns milímetros cúbicos a vários centímetros cúbicos - não mais do que uma caixa de fósforos. No entanto, eles permitem exames de sangue, misturam doses microscópicas de substâncias para criar drogas altamente eficazes e realizar experimentos nas células.
Vista artística do circuito ativo propostonanomistura (esquerda) e separação radial de nanopartículas (direita). Um nanocubo de silício imerso em uma solução aquosa é iluminado por um feixe de laser polarizado circularmente vindo de cima.
No entanto, há um problema com suatrabalho: os cientistas praticamente não controlam a velocidade da mistura ou, do ponto de vista científico, a difusão de líquidos e reagentes dentro desses laboratórios em um cristal. Cientistas da Universidade ITMO e seus colegas da Academia Tcheca de Ciências propuseram um método que pode ajudar a resolver esse problema: eles decidiram usar a chamada pressão de radiação.
No final do século XIX, o cientista britânico JamesO escriturário Maxwell sugeriu que a luz poderia exercer pressão sobre objetos físicos. Logo o cientista russo Pyotr Lebedev provou isso. No entanto, a força de tal interação é muito pequena e, naquela época, ninguém encontrou utilidade para ela. Existe agora todo um campo da ciência chamado optomecânica que se concentra neste fenómeno, e em 2018 o Prémio Nobel foi atribuído ao Professor Arthur Ashkin pelo seu trabalho pioneiro nesta área. A luz é usada para capturar células vivas e mover pequenas partículas de substâncias. Acontece agora que as mesmas forças podem ser usadas para misturar líquidos.
“Nossa nanoantena transforma a luz polarizada circularmente em um vórtice óptico, e a energia luminosa gira em torno dele.”
Alexander Shalin, professor da Faculdade de Física ITMO
Com base nas últimas descobertas no campooptomecanistas, cientistas de São Petersburgo desenvolveram uma nanoantena que consiste em um minúsculo cubo de silício com cerca de 200 nanômetros de tamanho. Este dispositivo, invisível ao olho humano, pode efetivamente afetar a luz de uma maneira especial.
Além das nanoantenas, os cientistas também propuseram a introdução denanopartículas de ouro em líquido. As partículas capturadas pelo vórtice óptico começam a girar em torno do cubo de silício, atuando como uma “colher” de mistura para misturar os reagentes. Além disso, o tamanho de um sistema desse tipo é tão pequeno que pode aumentar a difusão em um canto do micro-reator centenas de vezes, praticamente sem afetar o que está acontecendo no outro.
“O ouro é quimicamente inertematerial que reage pouco. Também não é tóxico. Além disso, precisávamos projetá-lo de forma que apenas as nanopartículas e a pressão da radiação agissem sobre as nanopartículas, sem que outras forças fizessem com que fossem puxadas em direção à antena, caso contrário as partículas simplesmente grudariam nela. Este efeito é observado para partículas de ouro de um determinado tamanho se iluminarmos o sistema com um laser verde normal. Pensamos em usar outros metais, mas para a prata, por exemplo, esse efeito só é observado na faixa ultravioleta, o que é menos conveniente, mas pode ser útil para aumentar a eficiência de algumas reações ativadas fotoquimicamente”.
Adrianos Valero, um dos principais autores do estudo
A propósito, esse método pode ser usado não apenas paramisturar líquidos, mas também para classificar nanopartículas de ouro: se os cientistas precisarem escolher partículas de ouro de um determinado tamanho, por exemplo, 30 nanômetros, para o experimento. Até o momento, o sistema foi totalmente projetado e um modelo teórico foi desenvolvido para ele. A realização de experimentos será o próximo passo.