A veces, los científicos necesitan controlar el proceso de mezclar líquidos en recipientes tan pequeños que no será posible bajar ni la aguja más delgada o incluso el cabello allí. Mientras tanto, es muy importante controlar la velocidad de difusión de las moléculas en los denominados microrreactores para crear nuevos fármacos eficaces, realizar algunos experimentos biológicos e incluso diagnosticar enfermedades rápidamente. Científicos de la Universidad ITMO y sus colegas de la Academia Checa de Ciencias propusieron resolver el problema utilizando energía luminosa.
Hoy en día, los biólogos, químicos y farmacéuticos utilizan cada vez más microrreactores, también llamados laboratorios en un chip. Los pequeños contenedores, salpicados de ranuras en el interior, varían en tamaño desde unos pocos milímetros cúbicos hasta unos pocos centímetros cúbicos, no más grandes que una caja de cerillas. Sin embargo, estos pequeños dispositivos permiten realizar análisis de sangre express, mezclar dosis microscópicas de sustancias para obtener fármacos altamente efectivos y realizar experimentos con células.
Sin embargo, cuando se trabaja con microrreactores, existe una dificultad: los científicos prácticamente no pueden influir en la velocidad de mezcla o, en términos científicos, en la difusión de líquidos y reactivos que ingresan a dicho laboratorio en un chip. Científicos de la Universidad ITMO, junto con colegas de la República Checa, han propuesto una metodología que puede resolver este problema. Decidieron utilizar la llamada presión ligera para mezclar líquidos.
A finales del siglo XIX, el científico británico James Maxwell propuso la idea de que la luz puede ejercer presión sobre los objetos físicos. Pronto, el científico ruso Pyotr Lebedev lo demostró en la práctica. Sin embargo, la fuerza de esta presión es muy pequeña y en aquellos días no se usaba. Ahora, toda una rama de la física está involucrada en esta área: la optomecánica (para cuyo desarrollo en 2018 el profesor Arthur Ashkin recibió el Premio Nobel). Con la ayuda de la luz, capturan células vivas, mueven las partículas más pequeñas de materia y, como se vio después, se pueden usar las mismas fuerzas para remover líquidos. El trabajo de los científicos se publica en la revista Advanced Science.
norte
Basándose en los últimos avances en optomecánica, los científicos de San Petersburgo han desarrollado una nanoantena, que es un diminuto cubo de silicio de unos doscientos nanómetros de tamaño. Este dispositivo, invisible al ojo, es capaz de controlar la onda de luz que lo golpea. "Nuestra nanoantena convierte la luz polarizada circularmente en un vórtice óptico", explica Alexander Shalin, profesor de la Universidad Novy Phystech de ITMO, "la energía de la luz gira a su alrededor".
Además de las nanoantenas, los científicos han propuesto lanzar algunas nanopartículas de oro al líquido. Las partículas capturadas por el vórtice óptico comienzan a girar alrededor del cubo de silicio, actuando así como la mismísima "cuchara" para mezclar los reactivos. Además, el tamaño de este sistema es tan pequeño que puede aumentar la difusión en un factor de 100 en un extremo del microrreactor, prácticamente sin afectar lo que sucede en el otro.
“El oro es un material químicamente inerte que no reacciona bien”, dice la coautora Adria Canos Valero, “y tampoco es tóxico. Además, necesitábamos asegurarnos de que solo las fuerzas de giro y la presión de radiación actúen sobre las nanopartículas, pero no la atracción hacia la nanoantena, de lo contrario, las partículas simplemente se adherirían a ella. Este efecto se observa para partículas de oro de cierto tamaño si un láser verde ordinario brilla sobre el sistema. Hemos considerado otros metales, pero, por ejemplo, para la plata, estos efectos se observan solo en el espectro ultravioleta, que es menos conveniente.
Material proporcionado por ITMO University Press Service
Video promocional:
Vasily Makarov
