Terkadang para ilmuwan perlu mengontrol proses pencampuran cairan dalam wadah kecil sedemikian rupa sehingga tidak mungkin menurunkan jarum atau bahkan rambut yang paling tipis di sana. Sementara itu, sangat penting untuk mengontrol laju difusi molekul dalam apa yang disebut mikroreaktor untuk membuat obat baru yang efektif, melakukan beberapa eksperimen biologis, dan bahkan mendiagnosis penyakit dengan cepat. Ilmuwan dari ITMO University dan rekan mereka dari Czech Academy of Sciences mengusulkan untuk memecahkan masalah tersebut dengan menggunakan energi cahaya.
Saat ini ahli biologi, ahli kimia, apoteker semakin banyak menggunakan mikroreaktor, juga disebut laboratorium pada sebuah chip. Wadah kecil, dihiasi dengan lekukan di dalamnya, ukurannya bervariasi dari beberapa milimeter kubik hingga beberapa sentimeter kubik - tidak lebih besar dari kotak korek api. Namun demikian, perangkat kecil ini memungkinkan dilakukannya tes darah cepat, campuran zat dosis mikroskopis untuk mendapatkan obat yang sangat efektif, dan melakukan eksperimen pada sel.
Namun, ketika bekerja dengan mikroreaktor, ada satu kesulitan: para ilmuwan praktis tidak memiliki pengaruh pada kecepatan pencampuran atau, dalam istilah ilmiah, difusi cairan dan reagen yang masuk ke laboratorium dalam sebuah chip. Ilmuwan dari Universitas ITMO, bersama dengan rekan dari Republik Ceko, telah mengusulkan metodologi yang dapat memecahkan masalah ini. Mereka memutuskan untuk menggunakan apa yang disebut tekanan ringan untuk mencampur cairan.
Kembali ke akhir abad ke-19, ilmuwan Inggris James Maxwell mengemukakan gagasan bahwa cahaya dapat memberikan tekanan pada objek fisik. Segera ilmuwan Rusia Pyotr Lebedev menunjukkan ini dalam praktiknya. Namun, kekuatan tekanan ini sangat kecil, dan pada masa itu tidak digunakan. Sekarang, seluruh cabang fisika terlibat di bidang ini - optomekanika (untuk pengembangan yang pada tahun 2018 Hadiah Nobel diterima oleh Profesor Arthur Ashkin). Dengan bantuan cahaya, mereka menangkap sel-sel hidup, memindahkan partikel terkecil dari materi dan, ternyata, gaya yang sama dapat digunakan untuk mengaduk cairan. Karya para ilmuwan dipublikasikan di jurnal Advanced Science.
Berdasarkan kemajuan terbaru dalam optomekanik, para ilmuwan dari St. Petersburg telah mengembangkan nanoantenna, yang merupakan kubus silikon kecil berukuran sekitar dua ratus nanometer. Alat ini, tidak terlihat oleh mata, mampu mengontrol gelombang cahaya yang menerpa. "Nanoantenna kami mengubah cahaya terpolarisasi melingkar menjadi pusaran optik," jelas Alexander Shalin, profesor di Universitas Novy Phystech ITMO, "energi cahaya berputar di sekitarnya."
Selain nanoantennas, para ilmuwan mengusulkan untuk meluncurkan sejumlah nanopartikel emas ke dalam cairan. Partikel yang ditangkap oleh pusaran optik mulai berputar di sekitar kubus silikon, sehingga bertindak sebagai "sendok" untuk mencampur reagen. Selain itu, ukuran sistem ini sangat kecil sehingga dapat meningkatkan difusi sebesar 100 faktor di salah satu ujung mikroreaktor, secara praktis tanpa mempengaruhi apa yang terjadi di ujung lainnya.
"Emas adalah bahan kimiawi yang tidak bereaksi dengan baik," kata rekan penulis Adria Canos Valero, "dan juga tidak beracun. Selain itu, kami perlu memastikan bahwa hanya gaya spin dan tekanan radiasi yang bekerja pada nanopartikel, tetapi bukan tarikan ke nanoantenna, jika tidak, partikel akan menempel padanya. Efek ini diamati untuk partikel emas dengan ukuran tertentu jika laser hijau biasa menyinari sistem. Kami telah mempertimbangkan logam lain, tetapi, misalnya, untuk perak, efek ini hanya terlihat pada spektrum ultraviolet, yang kurang nyaman."
Materi disediakan oleh ITMO University Press Service
Video promosi:
Vasily Makarov
