Профессор физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Ольга Виноградова в составе международного коллектива ученых предложила новый метод управления микрочастицами в виде «палочек» и «галочек» на твердой поверхности в водной среде, который приводит к возникновению быстрых течений. Разработка может помочь в очистке деликатных поверхностей. Исследование опубликовано в Scientific Reports.
Ученые МГУ в составе международной группы предложили метод, основанный на добавлении к воде фоточувствительного поверхностно-активного вещества (ПАВ), освещение которого лазером приводит к созданию быстрых течений воды, увлекающих частицы. Это позволяет манипулировать скоплениями частиц, например очищать поверхности от посторонних загрязнений без риска повреждения, а также, наоборот, создавать на поверхности упорядоченные массивы микро- и наночастиц нужной формы и размера.
Ключевым компонентом предложенного метода стал ПАВ, который под действием света определенной длины волны способен менять свою конформацию. В одном состоянии вещество напоминает «палочку», а в другом — «галочку». Если на раствор такого ПАВ посветить лазером, то молекулы, попавшие в световое пятно, поменяют конформацию, а в системе появится перепад концентрации «палочек» и «галочек».
Физики-теоретики из Москвы объяснили, что возникающий перепад концентраций вблизи заряженной твердой поверхности приводит к возникновению необычного эффекта: диффузио-осмотического течения воды. Эффект заключается в том, что маленькие частицы, лежащие на поверхности, увлекаются жидкостью и двигаются вместе с ней. Авторы работы показали, что, правильно подобрав длину волны лазера, можно заставлять частицы двигаться в нужном направлении: выталкивать их из освещенного пятна или же, наоборот, стягивать к его центру. Систему удалось описать теоретически, что позволило найти оптимальные режимы, при которых скорость жидкости максимальна. Оказалось, что диффузио-осмотическое течение очень чувствительно к тому, соленая вода в системе или пресная: в первом случае скорость может упасть в несколько раз.
Несмотря на то, что изначально целью нового метода была очистка деликатных поверхностей, таких как полупроводниковые кристаллы для микроэлектроники, ученые нашли несколько других необычных приложений. Например, перемещая пятно лазера, можно «рисовать» на поверхности, так как за лазером будет оставаться видимый след с большей или, наоборот, меньшей концентрацией микрочастиц. В оригинальной публикации авторы приводят фотографии и видео, на которых микрочастицами нарисованы эмблема Потсдамского университета, «радостный человечек» и значок в форме сердца.