Parfois, les scientifiques doivent contrôler le processus de mélange de liquides dans des récipients si petits qu'il ne sera pas possible d'abaisser même l'aiguille la plus fine ou même les cheveux. Pendant ce temps, il est très important de contrôler la vitesse de diffusion des molécules dans les soi-disant microréacteurs afin de créer de nouveaux médicaments efficaces, de mener des expériences biologiques et même de diagnostiquer rapidement des maladies. Des scientifiques de l'Université ITMO et leurs collègues de l'Académie tchèque des sciences ont proposé de résoudre le problème en utilisant l'énergie lumineuse.
Aujourd'hui, les biologistes, chimistes, pharmaciens utilisent de plus en plus des microréacteurs, également appelés laboratoires sur puce. Les minuscules conteneurs, parsemés de rainures à l'intérieur, varient en taille de quelques millimètres cubes à quelques centimètres cubes - pas plus grands qu'une boîte d'allumettes. Néanmoins, ces petits appareils permettent de réaliser des tests sanguins rapides, de mélanger des doses microscopiques de substances pour obtenir des médicaments très efficaces et de mener des expériences sur des cellules.
Cependant, lorsqu'on travaille avec des microréacteurs, il y a une difficulté: les scientifiques ne peuvent pratiquement pas influencer la vitesse de mélange ou, en termes scientifiques, la diffusion des liquides et des réactifs qui entrent dans un tel laboratoire sur une puce. Des scientifiques de l'Université ITMO, ainsi que des collègues de la République tchèque, ont proposé une méthodologie qui peut résoudre ce problème. Ils ont décidé d'utiliser la soi-disant pression légère pour mélanger les liquides.
À la fin du 19e siècle, le scientifique britannique James Maxwell a avancé l'idée que la lumière peut exercer une pression sur des objets physiques. Bientôt, le scientifique russe Piotr Lebedev l'a montré dans la pratique. Cependant, la force de cette pression est très faible et, à l'époque, elle n'était pas utilisée. Maintenant, toute une branche de la physique est engagée dans ce domaine - l'optomécanique (pour le développement de laquelle en 2018 le prix Nobel a été reçu par le professeur Arthur Ashkin). À l'aide de la lumière, ils capturent les cellules vivantes, déplacent les plus petites particules de matière et, comme il s'est avéré, les mêmes forces peuvent être utilisées pour remuer les liquides. Les travaux des scientifiques sont publiés dans la revue Advanced Science.
Sur la base des dernières avancées en optomécanique, des scientifiques de Saint-Pétersbourg ont développé une nanoantenne, qui est un minuscule cube de silicium d'une taille d'environ deux cents nanomètres. Cet appareil, invisible à l'œil, est capable de contrôler l'onde lumineuse qui le frappe. "Notre nanoantenne convertit la lumière polarisée de manière circulaire en un vortex optique", explique Alexander Shalin, professeur à l'Université Novy Phystech de l'ITMO, "l'énergie lumineuse tourbillonne autour d'elle."
En plus des nanoantennes, les scientifiques ont proposé de lancer une certaine quantité de nanoparticules d'or dans le liquide. Les particules capturées par le vortex optique commencent à tourner autour du cube de silicium, agissant ainsi comme la «cuillère» même pour mélanger les réactifs. De plus, la taille de ce système est si petite qu'il peut augmenter la diffusion d'un facteur 100 à une extrémité du microréacteur, pratiquement sans affecter ce qui se passe à l'autre.
«L'or est un matériau chimiquement inerte qui ne réagit pas bien», déclare le co-auteur Adria Canos Valero, «et il est également non toxique. De plus, nous devions nous assurer que seules les forces de spin et la pression de rayonnement agissent sur les nanoparticules, mais pas l'attraction vers la nanoantenne, sinon les particules y adhéreraient simplement. Cet effet est observé pour les particules d'or d'une certaine taille si un laser vert ordinaire brille sur le système. Nous avons considéré d'autres métaux, mais, par exemple, pour l'argent, ces effets ne sont observés que dans le spectre ultraviolet, ce qui est moins pratique."
Matériel fourni par le service de presse universitaire de l'ITMO
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Vasily Makarov
