Микрочастицы научили разбегаться под действием лазера

Схема возникновения диффузиоосмотического течения: в лазерном свете молекулы ПАВ меняют конформацию, что приводит к перепаду концентрации ионов вблизи заряженной стенки.
Изображение: David Feldmann et al./ Scientific Reports
Международный коллектив ученых из Германии и России создал необычный метод управления микро- и наночастицами при помощи фотоиндуцированного диффузиосмоса: течения жидкости под действием перепада концентрации вблизи заряженных поверхностей. Работа опубликована в Scientific Reports.
Управление микро- и нанообъектами уже долгое время остается одной из наиболее бурно развивающихся областей в современной физической химии, что во многом обусловлено интересом к адресной доставке лекарств, «наноконтейнерам» для химических реакций и созданием микрофлюидных устройств. Однако в этой области существуют и более простые на первый взгляд проблемы, которые до сих пор не имеют решения. Например, в «микромире» все еще нет устройства, которое могло бы заменить щетку для очистки поверхностей от пыли. Если речь идет о деликатном и дорогостоящем полупроводниковом кристалле, то его очистка от мелких загрязнений оказывается серьезной и сложной задачей.
Если раствор такого ПАВ осветить лазером, то молекулы, попавшие в световое пятно, поменяют свою конформацию, что приведет к появлению градиента концентрации молекул в разных состояниях. В обычном случае это вызовет очень медленное диффузионное движение, однако вблизи заряженной поверхности в дело также включается гидродинамика и электростатика, которые вместе обеспечивают возникновение диффузиоосмотического течения. Этот необычный эффект объясняется тем, что вблизи любой заряженной стенки возникает небольшой слой ионов, компенсирующих заряд поверхности. Если же в системе дополнительно есть градиент концентрации этих ионов, то толщина компенсирующего слоя оказывается неравномерной, что вызывает перепад давления и, как следствие, течение жидкости.
Авторы проводили эксперимент с микрочастицами, лежащими на поверхности, которую требовалось очистить. При включении ультрафиолетового лазера частицы быстро разбегались из светового пятна, увлекаемые диффузиоосмотическим течением. Однако наблюдался и обратный эффект — если на систему посветить зеленым лазером, молекулы ПАВ обратно меняли свою конформацию, вновь возникал градиент концентрации, но теперь частицы стягивались внутрь светового пятна.
Тарас Молотилин