Včasih morajo znanstveniki nadzorovati postopek mešanja tekočin v tako majhnih posodah, da tam ne bo mogoče spustiti niti najtanjše igle ali celo las. Medtem je zelo pomembno nadzorovati hitrost difuzije molekul v tako imenovanih mikroreaktorjih, da bi ustvarili nova učinkovita zdravila, izvedli nekatere biološke poskuse in celo hitro diagnosticirali bolezni. Znanstveniki z univerze ITMO in njihovi kolegi s Češke akademije znanosti so predlagali, da bi težavo rešili z uporabo svetlobne energije.
Danes biologi, kemiki in farmacevti vse pogosteje uporabljajo mikroreaktorje, ki jih imenujejo tudi laboratoriji na čipu. Drobni zabojniki s pikami v notranjosti segajo od nekaj kubičnih milimetrov do nekaj kubičnih centimetrov - ne več kot vžigalica. Kljub temu te majhne naprave omogočajo hitro testiranje krvi, mešanje mikroskopskih odmerkov snovi za pridobitev visoko učinkovitih zdravil in izvajanje poskusov na celicah.
Vendar pa pri delu z mikroreaktorji obstaja ena težava: znanstveniki praktično nimajo vpliva na hitrost mešanja ali, znanstveno gledano, na difuzijo tekočin in reagentov, ki v tak laboratorij vstopijo na čip. Znanstveniki z univerze ITMO so skupaj s kolegi iz Češke predlagali metodologijo, ki lahko reši to težavo. Odločili so se za tako imenovani svetlobni tlak za mešanje tekočin.
Britanski znanstvenik James Maxwell je pozno v 19. stoletju predstavil idejo, da lahko svetloba pritiska na fizične predmete. Kmalu je to pokazal ruski znanstvenik Pyotr Lebedev. Vendar je sila tega tlaka zelo majhna in v tistih dneh ga niso uporabljali. Zdaj se na tem področju ukvarja cela veja fizike - optomehanika (za razvoj katere je leta 2018 Nobelovo nagrado prejel profesor Arthur Ashkin). S pomočjo svetlobe zajamejo žive celice, premikajo najmanjše delce snovi in, kot se je izkazalo, lahko iste sile uporabijo za mešanje tekočin. Delo znanstvenikov je objavljeno v reviji Advanced Science.
Na podlagi najnovejših dosežkov optomehanike so znanstveniki iz Sankt Peterburga razvili nanoantenno, ki je drobna kocka silicija, ki ima velikost približno dvesto nanometrov. Ta naprava, nevidna za oko, lahko nadzoruje svetlobni val, ki ga zadene. "Naša nanoantenna pretvori krožno polarizirano svetlobo v optični vrtinec," razlaga Alexander Shalin, profesor na ITMO univerzi Novy Phystech, "svetlobna energija se vrti okoli nje."
Poleg nanotenten so znanstveniki predlagali, da se v tekočino sprosti določena količina zlatih nanodelcev. Delci, ki jih zajame optični vrtinec, se začnejo vrteti okoli silikonske kocke in tako delujejo kot "žlica" za mešanje reagentov. Poleg tega je velikost tega sistema tako majhna, da lahko poveča difuzijo za faktor 100 na enem koncu mikroreaktorja, tako da praktično ne vpliva na dogajanje na drugem.
"Zlato je kemično inerten material, ki ne reagira dobro," pravi soavtor Adria Canos Valero, "in je tudi nestrupen. Poleg tega smo morali zagotoviti, da na nanodelce delujejo le sile predenja in sevalni pritisk, ne pa tudi privlačnost do nanoantene, sicer bi se delci preprosto prilepili nanjo. Ta učinek opazimo pri zlatih delcih določene velikosti, če na sistemu sveti navaden zeleni laser. Razmislili smo o drugih kovinah, vendar na primer pri srebru te učinke opazimo le v ultravijoličnem spektru, kar je manj priročno."
Gradivo, ki ga je prispeval Univerzitetni tiskovni servis ITMO
Promocijski video:
Vasilij Makarov