Znajdź zawartość

Czynność pozornie banalna, jaką jest mieszanie cieczy, staje się nadspodziewanie trudna, gdy w grę wchodzi manipulowanie bardzo małymi objętościami płynów. Naukowcy z amerykańskiej organizacji Sandia National Laboratories (SNL) znaleźli jednak sposób na rozwiązanie tego problemu. Jest nim (znacznie) ulepszona wersja tradycyjnego mieszadła magnetycznego. Mieszanie małych objętości cieczy jest niezwykle trudne z uwagi na siły kapilarne, czyli zjawiska towarzyszące przebywaniu w bardzo ciasnych naczyniach, a więc np. w wąskiej rurce. Niektóre substancje (należy do nich najważniejszy z rozpuszczalników, czyli woda) znajdujące się w takim otoczeniu przylegają do ścian naczynia tak silnie, że niemal niemożliwe jest ich oderwanie od powierzchni i wymuszenie na nich mieszania się z innymi płynami. Sprawia to, że przygotowanie bardzo małych objętości mieszanin, takich jak te stosowane np. w biologii molekularnej czy układach typu lab on a chip, jest nie lada sztuką. Naukowcy z SNL znaleźli na szczęście sposób na pokonanie niedogodności związanych ze zjawiskami kapilarnymi. Zaproponowali oni wykorzystanie zaawansowanej wersji mieszadła magnetycznego - urządzenia, które w swojej klasycznej formie składa się z podstawki zawierającej wirujący magnes oraz pręciku żelaznego umieszczanego w naczyniu, które stawia się następnie na podstawce. Powstające pole magnetyczne wprawia w ruch pręcik, który z kolei zmusza ciecze znajdujące się do zmieszania się ze sobą. Najprostszy rodzaj mieszadła magnetycznego jest prosty w budowie i skuteczny, lecz nie nadaje się do mieszania cieczy o bardzo małej objętości. Właśnie dlatego badacze z SNL zmodyfikowali to urządzenie i znacznie zmienili orientację przestrzenną wirującego pola magnetycznego, którego linie w nowej wersji aparatu przypominają linie narysowane wzdłuż boków wirującebo bąka wytrąconego z równowagi. Zmieniono także same pręciki, które są nie tylko mniejsze (ich średnica to zaledwie 100 nm), lecz także umieszcza się ich w naczyniu znacznie więcej. Umiejętne kontrolowanie pola magnetycznego sprawia, że pręciki wewnątrz naczynia ustawiają się w wiele wirujących kręgów, których liczbę i szybkość obrotów można dodatkowo zmieniać dzięki manipulowaniu nie tylko szybkością obracania się magnesów, lecz także samej siły wytwarzanego przez nie pola. Dla porównania, w zwykłym mieszadle zwiększenie natężenia pola magnetycznego w żaden sposób nie wpłynęłoby na szybkość mieszania się cieczy, jest ona bowiem zależna wyłącznie od szybkości obrotów magnesu. Kto by pomyślał, że proste mieszanie cieczy może wywołać tyle zamieszania...