Ученые предложили перемешивать жидкости с помощью света

МОСКВА, 27 апр — РИА Новости. Российские ученые из Университета ИТМО в сотрудничестве с коллегами из Академии наук Чехии предложили использовать для перемешивания жидкостей в микроемкостях энергию света. Работа опубликована в журнале Advanced Science.

Подчас ученым — биологам, химикам, фармацевтам — нужно контролировать процесс перемешивания жидкостей в так называемых микрореакторах — таких маленьких емкостях, куда не получится опустить даже самую тонкую иглу.

Микрореакторы, которые еще называют лабораториями на чипе, используют для экспресс-анализа крови, смешивания микроскопических доз веществ, получения новых лекарств, проведения биологических опытов на клетках.

Однако при работе с микрореакторами существует одна сложность: ученые практически не могут влиять на скорость перемешивания или, выражаясь научным языком, диффузии жидкостей и реагентов, которые попадают в такую микролабораторию.

Авторы нового исследования предложили методику, которая может решить эту проблему. Для перемешивания жидкостей они использовали давление света.

Еще в конце XIX века британский ученый Джеймс Максвелл высказал идею, что свет может оказывать давление на физические объекты. Вскоре русский ученый Петр Лебедев доказал это на практике. Однако сила этого давления совсем небольшая, и в те времена ей применения не нашлось.

Cейчас же этим направлением занимается целая область физики — оптомеханика. С помощью света ученые захватывают живые клетки, двигают мельчайшие частицы вещества и, как оказалось, эти же силы можно использовать для перемешивания жидкости.

Ученые из Санкт-Петербурга разработали наноантенну, представляющую собой крошечный кубик кремния размером около двухсот нанометров. Это невидимое глазу устройство способно управлять световой волной, которая на нее попадает.

"Наша наноантенна превращает свет круговой поляризации в оптический вихрь, — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования, профессора Нового Физтеха ИТМО Александра Шалина. — Энергия света закручивается вокруг нее".

Для усиления эффекта ученые добавили в жидкость некоторое количество наночастиц золота. Захваченные оптическим вихрем частицы начинали вращаться вокруг кубика кремния, выступая таким образом в качестве "ложечки" для перемешивания реактивов. Причем 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.

"Золото — это химически инертный материал, который плохо вступает в реакции, — рассказывает соавтор работы Адриа Канос Валеро, — также он не токсичен. Кроме того, нам необходимо было добиться того, чтобы на наночастицы воздействовали только спиновые силы и радиационное давление, но не притяжение к наноантенне, иначе частицы просто прилипли бы к ней. Этот эффект наблюдается для частиц золота определенного размера, если на систему светит обычный зеленый лазер. Мы рассматривали и другие металлы, но, к примеру, для серебра эти эффекты наблюдаются лишь в ультрафиолетовом спектре, что менее удобно".