Mõnikord peavad teadlased kontrollima vedelike segamise protsessi nii väikestes mahutites, et isegi kõige õhemat nõela või isegi juukseid ei saaks seal alla lasta. Samal ajal on väga oluline kontrollida molekulide difusioonikiirust niinimetatud mikroreaktorites, et luua uusi tõhusaid ravimeid, viia läbi bioloogilisi katseid ja isegi kiiresti diagnoosida haigusi. ITMO ülikooli teadlased ja nende kolleegid Tšehhi Teaduste Akadeemiast tegid ettepaneku lahendada probleem valgusenergia abil.
Tänapäeval kasutavad bioloogid, keemikud, proviisorid üha enam mikroreaktorit, mida nimetatakse kiibil ka laboriteks. Väikeste anumate, mille sees on sooned, suurus ulatub mõnest kuup millimeetrist kuni mõne kuupsentimeetrini - mitte suurem kui tikutoos. Sellegipoolest võimaldavad need väikesed seadmed teha kiireid vereanalüüse, segada ainete mikroskoopilisi annuseid, et saada ülitõhusaid ravimeid, ja viia läbi katseid rakkudega.
Mikroreaktoritega töötamisel on siiski üks raskus: teadlased ei saa praktiliselt mõjutada mikroskoobiga sellisesse laborisse sisenevate vedelike ja reagentide segunemise kiirust ega teaduslikus mõttes difusiooni. ITMO ülikooli teadlased on koos Tšehhi Vabariigi kolleegidega välja pakkunud metoodika, kuidas seda probleemi lahendada. Nad otsustasid vedelike segamiseks kasutada niinimetatud kerget survet.
Briti teadlane James Maxwell esitas 19. sajandi lõpus välja idee, et valgus võib avaldada survet füüsilistele objektidele. Varsti näitas seda praktikas ka vene teadlane Pjotr Lebedev. Selle rõhu jõud on aga väga väike ja neil päevil seda ei kasutatud. Nüüd tegeleb selle valdkonnaga terve füüsikaharu - optomehaanika (mille arendamiseks sai 2018. aastal Nobeli preemia professor Arthur Ashkin). Valguse abil hõivavad nad elusaid rakke, liigutavad kõige väiksemaid aineosakesi ja nagu selgus, saab samu jõude kasutada vedelike segamiseks. Teadlaste tööd avaldatakse ajakirjas Advanced Science.
Viimaste optomehaanika edusammude põhjal on Peterburi teadlased välja töötanud nanoantenna, mis on pisike umbes kahesaja nanomeetri suurune räni kuup. See silmaga nähtamatu seade on võimeline juhtima seda tabavat valguslainet. "Meie nanoantenn muudab ümmarguse polariseeritud valguse optiliseks keeriseks," selgitab ITMO Novy Phystechi ülikooli professor Alexander Shalin, "valgusenergia keerleb selle ümber."
Lisaks nanoantennadele tegid teadlased ettepaneku lasta vedelikku sisse teatud kogus kulla nanoosakesi. Optilise keerise abil hõivatud osakesed hakkavad keerduma ümber ränikuubi, toimides seega reagentide segamise "lusikana". Pealegi on selle süsteemi suurus nii väike, et see võib suurendada difusiooni mikroreaktori ühes otsas korda 100, praktiliselt mõjutamata teises toimuvat.
"Kuld on keemiliselt inertsed materjalid, mis ei reageeri hästi," ütleb kaasautor Adria Canos Valero, "ja see on ka mittetoksiline. Lisaks pidime tagama, et nanoosakestele mõjuvad ainult spinnijõud ja kiirgusrõhk, kuid mitte nanoantenni külgetõmbejõud, vastasel juhul kleepuvad osakesed selle lihtsalt kinni. Seda efekti täheldatakse teatud suurusega kuldosakeste puhul, kui süsteemil paistab tavaline roheline laser. Me kaalusime teisi metalle, kuid näiteks hõbeda puhul täheldatakse neid toimeid ainult ultraviolettkiirguse spektris, mis on vähem mugav."
Materjali esitas ITMO ülikooli pressiteenistus
Reklaamvideo:
Vassili Makarov
