A tudósoknak néha ellenőrizniük kell a folyadékok keverését olyan kicsi tartályokban, hogy ott sem a legvékonyabb tűt, sem a hajat nem lehet leengedni. Eközben nagyon fontos ellenőrizni a molekulák diffúziós sebességét az úgynevezett mikroreaktorokban, hogy új hatékony gyógyszereket hozzon létre, néhány biológiai kísérletet végezzen, és még a betegségeket is gyorsan diagnosztizálja. Az ITMO Egyetem tudósai és munkatársaik a Cseh Tudományos Akadémiáról azt javasolták, hogy a problémát könnyű energia felhasználásával oldják meg.
Manapság a biológusok, vegyészek és gyógyszerészek egyre inkább mikroreaktorokat használnak, más néven laboratóriumoknak egy chipen. Az apró tartályok, amelyek belsejében hornyokkal vannak ellátva, méretben vannak néhány köb-millimétertől néhány köbcentiméterig terjedve - nem nagyobb, mint egy gyufaszál. Ennek ellenére ezek a kis eszközök lehetővé teszik a gyors vérvizsgálat elvégzését, az anyagok mikroszkópos adagjainak keverését, hogy nagyon hatékony gyógyszereket kapjanak, és kísérleteket végezzenek sejteken.
A mikroreaktorokkal való munkavégzés során azonban egy nehézség van: a tudósok gyakorlatilag nem befolyásolhatják a keverés sebességét, vagy tudományos szempontból az ilyen laboratóriumba belépő folyadékok és reagensek diffúzióját egy chipen. Az ITMO Egyetem tudósai, a Cseh Köztársaság kollégáival együtt, módszertant javasoltak ennek a problémának a megoldására. Úgy döntöttek, hogy az úgynevezett kis nyomást használják a folyadékok keverésére.
A 19. század végén James Maxwell brit tudós kifejtette azt az elképzelést, hogy a fény nyomást gyakorolhat a fizikai tárgyakra. Hamarosan az orosz tudós, Pjotr Lebedev megmutatta ezt a gyakorlatban. Ennek a nyomásnak az erő azonban nagyon kicsi, és akkoriban nem használták fel. Most egy egész fizikai ágazat foglalkozik ezzel a területtel - optomechanika (amelynek fejlesztésére 2018-ban Nobel-díjat Arthur Ashkin professzor kapott). A fény segítségével elfogják az élő sejteket, mozgatják az anyag legkisebb részecskéit, és mint kiderült, ugyanazok az erők használhatók a folyadékok keverésére. A tudósok munkáját az Advanced Science folyóiratban teszik közzé.
Az optomechanika legújabb fejlődése alapján a szentpétervári tudósok kifejlesztettek egy nanoantennát, amely egy apró szilikonkocka, körülbelül kétszáz nanométer méretű. Ez a szem számára láthatatlan eszköz képes vezérelni az azt elérő fényhullámot. "Nanoantennánk a körkörösen polarizált fényt optikai örvényré alakítja" - magyarázza Alexander Shalin, az ITMO Novy Phystech Egyetem professzora, "a fényenergia kavarog körül."
A nanoantennák mellett a tudósok egy bizonyos mennyiségű arany nanorészecske bevezetését javasolták a folyadékba. Az optikai örvény által elfogott részecskék elkezdenek forogni a szilikonkocka körül, ezáltal nagyon "kanálként" szolgálva a reagensek összekeveréséhez. Sőt, ennek a rendszernek a mérete olyan kicsi, hogy a mikroreaktor egyik végén 100-szorosára növeli a diffúziót, gyakorlatilag anélkül, hogy befolyásolná a másikban történõ eseményeket.
„Az arany kémiailag semleges anyag, amely nem reagál jól - mondja Adria Canos Valero társszerző -, és szintén nem mérgező. Ezenkívül biztosítanunk kellett, hogy csak a centrifugális erők és a sugárzási nyomás hatjanak a nanorészecskékre, de nem vonzódnak a nanoantenna felé, különben a részecskék egyszerűen hozzátapadnak. Ez a hatás bizonyos méretű arany részecskéknél figyelhető meg, ha egy rendes zöld lézer világít a rendszeren. Más fémeket is figyelembe vettünk, de például az ezüst esetében ezek a hatások csak az ultraibolya spektrumban figyelhetők meg, ami kevésbé kényelmes."
Anyagot az ITMO University Press Service nyújtotta
Promóciós videó:
Vaszilij Makarov