Международная группа ученых из Китая и США научились создавать направленные потоки в жидкостях с помощью лазерного излучения. Препринт исследования доступен на сайте arXiv.org.

Микрофлюидика — междисциплинарная наука, описывающая поведения жидкостях в каналах на масштабе микрометров. В последние годы отдельно выделяют ее быстро развивающееся направление оптофлюидику, в рамках которой изучается взаимодействие оптического излучения и жидкости. В частности ученые разрабатывают методы, позволяющие использовать свет не только как инструмент наблюдения, но и для управления жидкостью.

Исследователи из США и Китая нашли способ создавать потоки в жидкости с помощью лазерного луча. Они обнаружили, что если осветить лазерным лучом коллоидный раствор золотых наночастиц размером 50 нанометров, в течение нескольких минут в нем начинается небольшое течение по направлению от луча, которое затем превращается в заметный продолговатый поток жидкости.

Зависимость потока от направления лазерного луча относительно сосуда. Wang et al. / arXiv.org

Ученые выяснили, какой механизм стоит за этим эффектом. Оказывается, лазерное излучение, которое использовали исследователи, вызывает поверхностный плазмонный резонанс золотых частиц. Из-за этого частицы быстро нагреваются и охлаждаются, что вызывает акустические волны. Из-за этих эффектов на стенке сосуда с раствором, освещаемой лазером, образуется небольшая впадина или пора с такой же шириной, как и лазерный луч, в которой закрепляются частицы. Из-за концентрации частиц на этом небольшом участке, он начинает испускать направленные акустические волны, вызванные плазмонным резонансом. Эти волны вызывают акустическое течение в жидкости, совпадающее по направлению с лазерным лучом.

Карта высот микропоры, образующейся на стенке сосуда. Wang et al. / arXiv.org

Поскольку поток обусловлен образованием микропоры в сосуде, то его можно создавать с помощью лазера, даже если раствор наночастиц после образования поры заменить на обычную воду. Исследователи считают, что их открытие может быть использовано во многих микрофлюидных разработках, к примеру для лабораторий на чипе.

Недавно российские физики научились определять распределение взвешенных в жидкости частиц с помощью лазерных голограмм. А другой коллектив ученых из Германии и России научились управлять микрочастицами с помощью лазера и заставлять их разбегаться от луча.

Автор: Григорий Копиев