Às vezes, os cientistas precisam controlar o processo de mistura de líquidos em recipientes tão pequenos que não será possível abaixar nem mesmo a agulha mais fina ou mesmo o cabelo lá. Enquanto isso, é muito importante controlar a taxa de difusão das moléculas nos chamados microrreatores para criar novas drogas eficazes, fazer alguns experimentos biológicos e até mesmo diagnosticar doenças rapidamente. Cientistas da ITMO University e seus colegas da Czech Academy of Sciences propuseram resolver o problema usando energia luminosa.
Hoje, biólogos, químicos, farmacêuticos estão usando cada vez mais microrreatores, também chamados de laboratórios em um chip. Os minúsculos recipientes, pontilhados com ranhuras no interior, variam em tamanho de alguns milímetros cúbicos a alguns centímetros cúbicos - não maiores que uma caixa de fósforos. No entanto, esses pequenos aparelhos permitem realizar exames de sangue expressos, misturar doses microscópicas de substâncias para obter medicamentos de alta eficácia e realizar experimentos em células.
No entanto, ao trabalhar com microrreatores, há uma dificuldade: os cientistas praticamente não podem influenciar a velocidade de mistura ou, em termos científicos, a difusão dos líquidos e reagentes que entram em um tal laboratório em um chip. Cientistas da Universidade ITMO, juntamente com colegas da República Tcheca, propuseram uma metodologia que pode resolver esse problema. Eles decidiram usar a chamada pressão leve para misturar líquidos.
No final do século 19, o cientista britânico James Maxwell apresentou a ideia de que a luz pode exercer pressão sobre objetos físicos. Logo o cientista russo Pyotr Lebedev mostrou isso na prática. Porém, a força dessa pressão é muito pequena, e naquela época não era usada. Agora, todo um ramo da física está engajado nessa área - a optomecânica (cujo desenvolvimento em 2018 foi o Prêmio Nobel recebido pelo professor Arthur Ashkin). Com a ajuda da luz, eles capturam células vivas, movem as menores partículas de matéria e, como se viu, as mesmas forças podem ser usadas para agitar líquidos. O trabalho dos cientistas está publicado na revista Advanced Science.
Com base nos últimos avanços da optomecânica, os cientistas de São Petersburgo desenvolveram uma nanoantena, que é um pequeno cubo de silício com cerca de duzentos nanômetros de tamanho. Este dispositivo, invisível a olho nu, é capaz de controlar a onda de luz que o atinge. "Nossa nanoantena converte luz polarizada circularmente em um vórtice óptico", explica Alexander Shalin, professor da Universidade Novy Phystech da ITMO. "A energia da luz gira em torno dela."
Além das nanoantenas, os cientistas propuseram lançar uma certa quantidade de nanopartículas de ouro no líquido. As partículas capturadas pelo vórtice óptico passam a girar em torno do cubo de silício, agindo assim como a própria "colher" para misturar os reagentes. Além disso, o tamanho desse sistema é tão pequeno que pode aumentar a difusão por um fator de 100 em uma extremidade do microrreator, praticamente sem afetar o que acontece na outra.
“O ouro é um material quimicamente inerte que não reage bem”, diz a coautora Adria Canos Valero, “e também não é tóxico. Além disso, precisávamos garantir que apenas as forças de spin e a pressão de radiação agissem nas nanopartículas, mas não a atração pela nanoantena, caso contrário as partículas simplesmente se agarrariam a ela. Esse efeito é observado para partículas de ouro de um determinado tamanho se um laser verde comum estiver brilhando no sistema. Consideramos outros metais, mas, por exemplo, para a prata, esses efeitos são observados apenas no espectro ultravioleta, que é menos conveniente."
Material fornecido pelo ITMO University Press Service
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Vasily Makarov
