Зачастую исследователям необходимо создать перемешивание в системах ультрамалого объема. Однако опустить в такие емкости не получается даже самую тонкую иглу. При этом такие микрореакторы важны для создания новых лекарственных средств, проведения экспериментов и даже диагностики заболеваний. Теперь российские ученые вместе с чешскими коллегами предложили использовать для решения этой проблемы свет. О своем открытии ученые сообщили в журнале Advanced Science.
Микрореакторы или лаборатории на чипе сегодня приобретают все большую популярность среди исследователей. Эти небольшие контейнеры с особой структурой поверхности обычно имеют размер от нескольких кубических миллиметров до нескольких кубических сантиметров. Несмотря на размер, эти устройства позволяют быстро анализировать кровь и проводить опыты с небольшими количествами соединений.
Однако в работе лабораторий на чипе есть серьезная проблема: управлять их скоростью перемешивания практически невозможно с использованием традиционных методик. Чтобы лишить микрореакторы этого недостатка ученые из Университета ИТМО вместе с коллегами из Чехии предложили новый метод, который основан на перемешивании с использованием светового давления.
Концепция светового давления была высказана еще в конце XIX века британским ученым Джеймсом Максвеллом. Затем это было доказано российским исследователем Петром Лебедевым. Сила такого светового воздействия совсем небольшая, и тогда ей не смогли найти применения. Теперь этим направлением занимается целая область физики —оптомеханика. Она использует свет для манипулирования живыми клетками и мельчайшими частицами вещества. Теперь выяснилось, что с помощью светового давления можно также перемешивать жидкости.
Используя последние достижения в оптомеханике исследователи из Санкт-Петербурга создали наноантенну — небольшой кубик кремния со сторонами около двухсот нанометров. Это устройство может управлять излучением, которое на нее попадает. Она, по словам исследователей, превращает свет круговой поляризации в оптический вихрь.
Помимо наноантенн исследователи предложили запустить в жидкость небольшое количество золотых наночастиц. Они захватываются оптическим вихрем и начинают крутиться вокруг кубика кремния, перемешивая жидкость. Размер этой системы так мал, что она может усилить диффузию в сто раз в одном конце микрореактора, практически не влияя на то, что происходит в другом.