Тюменские ученые разработали способ бесконтактного захвата наночастиц

Способ бесконтактного захвата и перемещения микро- и наночастиц разработали ученые Тюменского государственного университета.

Как сообщает пресс-служба вуза, способ не имеет аналогов и позволяет манипулировать сотнями и тысячами частиц одновременно, перенося их в заданное место на подложке. При этом на них не оказывается разрушающего воздействия, что позволяет управлять как неживыми, так и биологическими объектами.

Как рассказали авторы разработки, руководитель лаборатории Наталья Иванова и старший научный сотрудник Олег Тарасов, она возникла как решение одной из насущных задач микрофлюидики. Эта активно развиваемая область науки и техники нацелена на управление микрообъемами жидкости или микрочастицами. До недавнего времени всех устраивали последовательные манипуляции со штучными объектами, но взрывной рост применений микрофлюидики диктует необходимость параллельного управления движением сотен и тысяч объектов для принципиального повышения скорости работы.

Классический лазерный пинцет, разработки которого начались еще в 1970 годах, позволяет с микронной точностью перемещать одновременно только одну или несколько частиц и является дорогостоящей технологией. Однако не всегда нужна такая точность, не все образцы допускают воздействие лазера, часто требуется перемещать сразу большое число частиц. Ясно, что на каждую частицу лазер не нацелить.

Решение, найденное в ТюмГУ, является одновременно оригинальным и простым, что обеспечивает его универсальность и доступность. Частицы, которыми необходимо манипулировать, помещаются в слой жидкости, лежащий на подложке. Жидкостью является вода с небольшой добавкой спирта. На подложку фокусируют пучок света, который, взаимодействуя с жидкостью, приводит к изменению ее поверхностного натяжения.

В результате жидкость собирается в пятно света в виде маленькой капли, в объеме которой существует интенсивное конвективное течение. Смещение пучка света вдоль подложки вызывает перемещение капли, которая, в свою очередь, захватывает частицы вдоль траектории движения. Захваченные частицы удерживаются в капле за счет вихревого течения в ней и перемещаются вместе с каплей в нужное место подложки. Затем пучок света выключается, течение прекращается и частицы остаются в заданном месте подложки. Этим способом можно одновременно подхватить и переместить в требуемое место сотни и тысячи частиц. В дальнейшем их можно сортировать и располагать прецизионно уже оптическим пинцетом.

Таким образом, данная капля – это своеобразный микрофлюидный "грузовик", который привозит на микрофлюидную фабрику материал, а точное поштучное расположение деталей осуществляется уже другими инструментами. Исследование поддержано сразу двумя престижными грантами (РФФИ и Европейского космического агентства) и выполняется параллельно двумя группами ведущих ученых в России и Великобритании. Российская группа под руководством федерального исследователя Натальи Ивановой проводит экспериментальное испытание предложенного способа, а группа профессора Виктора Старова из университета Лафборо (Loughborough University) выполняет теоретическое моделирование.