Hvala, ker ste se prijavili v Physical World. Če želite kadar koli spremeniti svoje podatke, obiščite moj račun.
Med in druge zelo viskozne tekočine tečejo hitreje kot voda v posebej prevlečenih kapilarah. Presenetljivo odkritje so naredili Maja Vuckovac in sodelavci na Univerzi Aalto na Finskem, ki so prav tako pokazali, da ta protislovni učinek izhaja iz zaviranja notranjega toka znotraj bolj viskoznih kapljic. ​​Njihovi rezultati so v neposrednem nasprotju s trenutnimi teoretičnimi modeli o tem, kako tekočine tečejo v superhidrofobnih kapilarah.
Področje mikrofluidike vključuje nadzor pretoka tekočin skozi tesno zaprta območja kapilar – običajno za izdelavo naprav za medicinske aplikacije. Tekočine z nizko viskoznostjo so najboljše za mikrofluidiko, ker tečejo hitro in brez napora. Bolj viskozne tekočine se lahko uporabijo z višjim tlakom, vendar to poveča mehanske obremenitve v občutljivih kapilarnih strukturah – kar lahko privede do okvare.
Lahko pa se pretok pospeši z uporabo superhidrofobnega premaza, ki vsebuje mikro- in nanostrukture, ki ujamejo zračne blazine. Te blazine znatno zmanjšajo kontaktno površino med tekočino in površino, kar posledično zmanjša trenje – poveča pretok za 65 %. Vendar pa se po trenutni teoriji ti pretoki z naraščajočo viskoznostjo še naprej zmanjšujejo.
Vuckovaceva ekipa je to teorijo preizkusila tako, da je opazovala kapljice različnih viskoznosti, ki jih je gravitacija vlekla iz navpičnih kapilar s superhidrofobnimi notranjimi prevlekami. Med potovanjem s konstantno hitrostjo kapljice stiskajo zrak pod seboj in ustvarjajo tlačni gradient, primerljiv s tistim v batu.
Medtem ko so kapljice v odprtih epruvetah kazale pričakovano obratno sorazmerje med viskoznostjo in pretokom, so bila pravila pri zaprtju enega ali obeh koncev popolnoma obrnjena. Učinek je bil najbolj izrazit pri kapljicah glicerola – čeprav je bil za 3 velikostne razrede bolj viskozen od vode, je tekel več kot 10-krat hitreje kot voda.
Da bi odkrili fiziko tega učinka, je Vuckovaceva ekipa v kapljice vnesla sledilne delce. Gibanje delcev skozi čas je razkrilo hiter notranji tok znotraj manj viskozne kapljice. Ti tokovi povzročijo, da tekočina prodre v mikro- in nanostrukture v premazu. To zmanjša debelino zračne blazine in prepreči, da bi se stisnjen zrak pod kapljico stisnilo in uravnotežilo tlačni gradient. Nasprotno pa glicerin skoraj nima zaznavnega notranjega toka, kar zavira njegovo prodiranje v premaz. To ima za posledico debelejšo zračno blazino, zaradi česar se zrak pod kapljico lažje premakne na eno stran.
Z uporabo svojih opazovanj je ekipa razvila posodobljen hidrodinamični model, ki bolje napoveduje, kako se kapljice premikajo skozi kapilare z različnimi superhidrofobnimi premazi. Z nadaljnjim delom bi lahko njihove ugotovitve vodile do novih načinov za ustvarjanje mikrofluidnih naprav, ki so sposobne ravnati s kompleksnimi kemikalijami in zdravili.
Physics World predstavlja ključni del poslanstva založbe IOP Publishing, da bi čim širšemu občinstvu predstavila vrhunske raziskave in inovacije. Spletno mesto je del portfelja Physics World, ki svetovni znanstveni skupnosti ponuja zbirko spletnih, digitalnih in tiskanih informacijskih storitev.