Іноді вченим необхідно контролювати процес змішування рідин у судинах настільки
В даний час біологи, хіміки і фармацевтишироко використовують мікрореактори, часто інтегровані в мініатюрні установки, які призначені для виконання декількох етапів хімічного синтезу конкретного продукту, так званих платформ «лабораторій на кристалі». Ці крихітні контейнери з невеликими заглибленнями на внутрішній стороні можуть мати розмір від декількох кубічних міліметрів до декількох кубічних сантиметрів - не більш, ніж сірникову коробку. Проте, вони дозволяють проводити аналізи крові, змішувати мікроскопічні дози речовин з метою створення високоефективних ліків і проводити експерименти на клітинах.
Художній вид пропонованої схеми активногонаномікшування (ліворуч) та радіального поділу наночастинок (праворуч). Кремнієвий нанокуб, занурений у водний розчин, висвітлюється циркулярно поляризованим лазерним променем, що йде зверху.
Проте, є одна проблема, пов'язана з їхроботою: вчені практично не контролюють швидкість перемішування або, з наукової точки зору, дифузію рідин і реагентів всередині таких лабораторій на кристалі. Вчені з Університету ИТМО і їх колеги з Чеської академії наук запропонували метод, який може допомогти вирішити цю проблему: вони вирішили використовувати так зване радіаційне тиск.
Ще наприкінці ХІХ століття британський вчений ДжеймсКлерк Максвелл припустив, що світло може чинити тиск на фізичні об'єкти. Незабаром російський учений Петро Лебедєв довів це. І все ж таки сила такої взаємодії дуже мала, і на той час ніхто не знайшов у цьому застосування. В даний час існує ціла галузь науки, яка називається оптомеханікою, яка фокусується на цьому явищі, і в 2018 році Нобелівську премію було вручено професору Артуру Ешкіну за його новаторські роботи в цій галузі. Світло використовується для захоплення живих клітин та переміщення крихітних частинок речовин. Тепер виходить, що ті самі сили можуть бути використані для змішування рідин.
«Наша наноантена перетворює циркулярно поляризоване світло на оптичний вихор, і енергія світла обертається навколо нього».
Олександр Шалін, професор фізичного факультету ІТМО
Грунтуючись на останніх відкриттях в областіоптомеханікі, вчені з Санкт-Петербурга розробили наноантенн, що складається з крихітного кремнієвого кубика розміром близько 200 нанометрів. Це пристрій, невидиме для людського ока, може ефективно впливати на світло особливим чином.
Крім наноантенн, вчені запропонували також ввестинаночастинки золота в рідину. Частинки, захоплені оптичним вихором, починають обертатися навколо куба кремнію, виступаючи в якості перемішує «ложки» для змішування реагентів. Більш того, розмір такої системи настільки малий, що вона може посилювати дифузію в одному кутку мікрореактора в сотні разів, практично не впливаючи на те, що відбувається в іншому.
«Золото є хімічно інертним.матеріалом, який мало реагує. Це також не токсично. Більше того, нам необхідно було спроектувати його так, щоб тільки наночастки і радіаційний тиск впливали на наночастки так, щоб інші сили не змушували їх тягнутися до антени, інакше частки просто прилипли б до нього. Цей ефект спостерігається для частинок золота певного розміру, якщо освітлюємо систему звичайним зеленим лазером. розглянули використання інших металів, але для срібла, наприклад, такий ефект спостерігається тільки в ультрафіолетовому діапазоні, який менш зручний, але може бути корисним для підвищення ефективності деяких активних фотохімічно реакцій».
Адріанос Валеро, один із основних авторів дослідження
До речі, цей метод можна застосовувати не тільки длязмішування рідин, а й для сортування наночастинок золота: якщо вченим потрібно вибрати частки золота певного розміру, наприклад, 30 нанометрів, для експерименту. На сьогоднішній день система повністю розрахована, і для неї розроблена теоретична модель. Проведення експериментів буде наступним кроком.