Vedci musia z času na čas kontrolovať proces miešania tekutín v nádobách
V súčasnosti biológovia, chemici a farmaceutiČasto sa používajú mikroreaktory, často integrované do miniatúrnych zariadení, ktoré sú navrhnuté tak, aby vykonávali niekoľko stupňov chemickej syntézy konkrétneho produktu, tzv. platformy „laboratórium na čip“. Tieto malé nádoby s malými zárezmi vo vnútri sa môžu pohybovať vo veľkosti od niekoľkých milimetrov kubických do niekoľkých centimetrov kubických - nie viac ako krabica na zápalky. Umožňujú však krvné testy, kombinujú mikroskopické dávky látok, aby vytvorili vysoko účinné lieky a uskutočňovali experimenty na bunkách.
Umelecký pohľad na navrhovaný aktívny obvodnanomixovanie (vľavo) a radiálna separácia nanočastíc (vpravo). Kremíková nanokocka ponorená do vodného roztoku je osvetlená kruhovo polarizovaným laserovým lúčom prichádzajúcim zhora.
S nimi je však jeden problémpráca: vedci prakticky nekontrolujú rýchlosť miešania alebo, z vedeckého hľadiska, šírenie tekutín a reagencií vo vnútri týchto laboratórií na kryštáli. Vedci z univerzity ITMO a ich kolegovia z Českej akadémie vied navrhli metódu, ktorá môže pomôcť vyriešiť tento problém: rozhodli sa použiť tzv. Radiačný tlak.
Na konci 19. storočia britský vedec JamesClerk Maxwell navrhol, že svetlo môže vyvíjať tlak na fyzické predmety. Čoskoro to dokázal ruský vedec Pyotr Lebedev. A predsa je sila takejto interakcie veľmi malá a v tom čase pre ňu nikto nenašiel využitie. V súčasnosti existuje celá oblasť vedy nazývaná optomechanika, ktorá sa zameriava na tento fenomén, a v roku 2018 bola Nobelova cena udelená profesorovi Arthurovi Ashkinovi za jeho priekopnícku prácu v tejto oblasti. Svetlo sa používa na zachytenie živých buniek a pohyb drobných čiastočiek látok. Teraz sa ukazuje, že rovnaké sily možno použiť na miešanie kvapalín.
"Naša nanoanténa mení kruhovo polarizované svetlo na optický vír a svetelná energia sa otáča okolo neho."
Alexander Shalin, profesor na Fyzikálnej fakulte ITMO
Na základe najnovších objavov v tejto oblastioptomechanici, vedci z Petrohradu vyvinuli nanoantennu pozostávajúcu z malej kremíkovej kocky s veľkosťou asi 200 nanometrov. Toto zariadenie, neviditeľné pre ľudské oko, môže účinne ovplyvňovať svetlo špeciálnym spôsobom.
Vedci navrhli popri nanoantenatách aj zavedenienanočastice zlata v tekutine. Častice zachytené optickým vírom sa začnú otáčať okolo kocky kremíka a pôsobia ako miešacia lyžica na miešanie reagencií. Okrem toho, veľkosť takého systému je taká malá, že môže zvýšiť difúziu v jednom rohu mikroreaktora stokrát, prakticky bez ovplyvnenia toho, čo sa deje v druhom.
„Zlato je chemicky inertnémálo reagujúci materiál. Je tiež netoxický. Navyše sme ho potrebovali navrhnúť tak, aby na nanočastice pôsobili iba nanočastice a tlak žiarenia bez toho, aby ich iné sily priťahovali k anténe, inak by sa k nej častice jednoducho prilepili. Tento efekt pozorujeme pri časticiach zlata určitej veľkosti, ak systém osvetlíme bežným zeleným laserom. "Pozreli sme sa na iné kovy, ale napríklad v prípade striebra je tento efekt pozorovaný iba v ultrafialovej oblasti, čo je menej vhodné, ale môže byť užitočné na zvýšenie účinnosti niektorých fotochemicky aktivovaných reakcií."
Adrianos Valero, jeden z hlavných autorov štúdie
Mimochodom, táto metóda môže byť použitá nielen premiešanie tekutín, ale aj na triedenie nanočastíc zlata: ak si vedci potrebujú na experiment zvoliť častice zlata určitej veľkosti, napríklad 30 nanometrov. K dnešnému dňu je systém plne navrhnutý a bol preň vyvinutý teoretický model. Ďalším krokom bude uskutočnenie experimentov.