Kadang kala saintis perlu mengawal proses pencampuran cecair di dalam bekas kecil sehingga tidak mungkin menurunkan jarum yang paling nipis atau bahkan rambut di sana. Sementara itu, sangat penting untuk mengawal kadar penyebaran molekul dalam mikraktor yang disebut untuk membuat ubat berkesan baru, menjalankan beberapa eksperimen biologi, dan bahkan dengan cepat mendiagnosis penyakit. Para saintis dari Universiti ITMO dan rakan-rakan mereka dari Akademi Sains Czech mencadangkan untuk menyelesaikan masalah tersebut dengan menggunakan tenaga cahaya.
Hari ini ahli biologi, ahli kimia, ahli farmasi semakin menggunakan mikraktor, yang juga disebut makmal pada cip. Bekas kecil, dihiasi dengan alur di dalamnya, berukuran dari beberapa milimeter padu hingga beberapa sentimeter padu - tidak lebih besar dari kotak mancis. Walaupun begitu, alat kecil ini memungkinkan untuk melakukan ujian darah dengan cepat, mencampurkan dos mikroskopik zat untuk mendapatkan ubat yang sangat berkesan, dan melakukan eksperimen pada sel.
Walau bagaimanapun, ketika bekerja dengan mikroreaktor, ada satu kesukaran: saintis praktikal tidak mempunyai pengaruh pada kelajuan pencampuran atau, dari segi saintifik, penyebaran cecair dan reagen yang memasuki makmal seperti itu pada cip. Para saintis dari Universiti ITMO, bersama rakan-rakan dari Republik Czech, telah mencadangkan metodologi yang dapat menyelesaikan masalah ini. Mereka memutuskan untuk menggunakan tekanan cahaya yang disebut untuk mencampurkan cecair.
Kembali pada akhir abad ke-19, saintis Britain James Maxwell mengemukakan idea bahawa cahaya dapat memberikan tekanan pada objek fizikal. Tidak lama kemudian saintis Rusia Pyotr Lebedev menunjukkan ini dalam praktik. Walau bagaimanapun, kekuatan tekanan ini sangat kecil, dan pada masa itu ia tidak digunakan. Sekarang, seluruh cabang fizik terlibat dalam bidang ini - optomekanik (untuk pengembangan yang pada tahun 2018 Hadiah Nobel diterima oleh Profesor Arthur Ashkin). Dengan bantuan cahaya, mereka menangkap sel hidup, menggerakkan zarah zat terkecil dan, ternyata, daya yang sama dapat digunakan untuk mengaduk cecair. Karya saintis diterbitkan dalam jurnal Advanced Science.
Berdasarkan kemajuan terkini dalam bidang optomekanik, para saintis dari St. Petersburg telah mengembangkan sebuah nanoantenna, yang merupakan sebuah kubus silikon kecil berukuran sekitar dua ratus nanometer. Peranti ini, yang tidak dapat dilihat oleh mata, dapat mengawal gelombang cahaya yang memukulnya. "Nanoantenna kami mengubah cahaya terpolarisasi bulat menjadi pusaran optik," jelas Alexander Shalin, profesor di Universiti Novy Phystech ITMO, "tenaga cahaya berpusing di sekelilingnya."
Sebagai tambahan kepada nanoantennas, saintis mencadangkan untuk memasukkan sejumlah nanopartikel emas ke dalam cecair. Zarah-zarah yang ditangkap oleh pusaran optik mula berputar di sekitar kubus silikon, sehingga bertindak sebagai "sudu" yang sangat besar untuk mencampurkan reagen. Lebih-lebih lagi, ukuran sistem ini sangat kecil sehingga dapat meningkatkan penyebaran dengan faktor 100 pada satu hujung mikroreaktor, secara praktikal tanpa mempengaruhi apa yang berlaku di bahagian lain.
"Emas adalah bahan kimia kimia yang tidak bereaksi dengan baik," kata pengarang bersama Adria Canos Valero, "dan juga tidak beracun. Sebagai tambahan, kita perlu memastikan bahawa hanya daya putaran dan tekanan radiasi yang bertindak pada nanopartikel, tetapi bukan daya tarikan ke nanoantenna, jika tidak, zarah-zarah itu hanya akan melekat padanya. Kesan ini diperhatikan untuk zarah-zarah emas dengan ukuran tertentu jika laser hijau biasa bersinar pada sistem. Kami telah mempertimbangkan logam lain, tetapi, sebagai contoh, untuk perak, kesan ini diperhatikan hanya dalam spektrum ultraviolet, yang kurang sesuai."
Bahan yang disediakan oleh ITMO University Press Service
Video promosi:
Vasily Makarov
