Dažreiz zinātniekiem ir jākontrolē šķidrumu sajaukšanas process tik mazos traukos, ka tur nebūs iespējams nolaist pat plānāko adatu vai pat matus. Tikmēr ir ļoti svarīgi kontrolēt molekulu difūzijas ātrumu tā saucamajos mikroreaktoros, lai izveidotu jaunas efektīvas zāles, veiktu dažus bioloģiskos eksperimentus un pat ātri diagnosticētu slimības. ITMO universitātes zinātnieki un viņu kolēģi no Čehijas Zinātņu akadēmijas ierosināja problēmu atrisināt, izmantojot gaismas enerģiju.
Mūsdienās biologi, ķīmiķi un farmaceiti arvien vairāk izmanto mikroreaktorus, ko mikroshēmā sauc arī par laboratorijām. Nelielo trauku ar rievām iekšpusē izmērs ir no dažiem kubikmilimetriem līdz dažiem kubikcentimetriem - nepārsniedzot sērkociņu kastīti. Neskatoties uz to, šīs mazās ierīces ļauj veikt ātru asins analīzi, sajaukt vielu mikroskopiskās devas, lai iegūtu ļoti efektīvas zāles, un veikt eksperimentus ar šūnām.
Tomēr, strādājot ar mikroreaktoriem, ir viena grūtība: zinātniekiem praktiski nav nekādas ietekmes uz sajaukšanas ātrumu vai zinātniski runājot par šķidrumu un reaģentu difūziju, kas šādā laboratorijā nonāk mikroshēmā. ITMO universitātes zinātnieki kopā ar kolēģiem no Čehijas ir ierosinājuši metodoloģiju šīs problēmas risināšanai. Viņi nolēma šķidrumu sajaukšanai izmantot tā saukto vieglo spiedienu.
19. gadsimta beigās britu zinātnieks Džeimss Maksvels izvirzīja ideju, ka gaisma var radīt spiedienu uz fiziskiem objektiem. Drīz krievu zinātnieks Pjotrs Ļebedevs to parādīja praksē. Tomēr šī spiediena spēks ir ļoti mazs, un tajos laikos tas netika izmantots. Tagad šajā jomā darbojas visa fizikas nozare - optomehānika (kuras izstrādei 2018. gadā Nobela prēmiju saņēma profesors Artūrs Aškins). Ar gaismas palīdzību tie uztver dzīvās šūnas, pārvieto mazākās matērijas daļiņas un, kā izrādījās, tos pašus spēkus var izmantot šķidrumu maisīšanai. Zinātnieku darbs ir publicēts žurnālā Advanced Science.
Balstoties uz jaunākajiem sasniegumiem optomehānikā, zinātnieki no Sanktpēterburgas ir izstrādājuši nanoantennu, kas ir niecīgs silīcija kubs, kura izmērs ir aptuveni divi simti nanometru. Šī acij neredzamā ierīce spēj kontrolēt gaismas viļņu, kas tam skar. "Mūsu nanoantenna pārveido cirkulāri polarizētu gaismu optiskā virpulī," skaidro Aleksandrs Šaļins, ITMO Novy Phystech universitātes profesors, "gaismas enerģija virpuļo ap to."
Papildus nanoantennām zinātnieki ierosināja šķidrumā palaist noteiktu daudzumu zelta nanodaļiņu. Daļiņas, kuras uztver optiskais virpulis, sāk griezties ap silīcija kubu, tādējādi darbojoties kā pati "karote" reaģentu sajaukšanai. Turklāt šīs sistēmas izmērs ir tik mazs, ka tā mikrodatora vienā galā var palielināt difūziju par koeficientu 100, praktiski neietekmējot to, kas notiek otrā.
"Zelts ir ķīmiski inerts materiāls, kas nereaģē labi," saka līdzautors Adria Canos Valero, "un tas arī nav toksisks. Turklāt mums bija jānodrošina, ka uz nanodaļiņām darbojas tikai vērpšanas spēki un radiācijas spiediens, bet ne pievilcība nanodaļiņai, pretējā gadījumā daļiņas vienkārši pie tā pieķeras. Šis efekts tiek novērots noteikta lieluma zelta daļiņām, ja sistēmā spīd parasts zaļš lāzers. Mēs esam apsvēruši citus metālus, bet, piemēram, sudrabam, šie efekti tiek novēroti tikai ultravioletā spektrā, kas ir mazāk ērti."
Materiālu nodrošina ITMO Universitātes Preses dienests
Reklāmas video:
Vasilijs Makarovs