ขอบคุณสำหรับการสมัครใช้งาน Physical World หากคุณต้องการเปลี่ยนแปลงรายละเอียดของคุณเมื่อใดก็ได้ โปรดไปที่บัญชีของฉัน
น้ำผึ้งและของเหลวที่มีความหนืดสูงอื่นๆ ไหลเร็วกว่าน้ำในเส้นเลือดฝอยที่เคลือบไว้เป็นพิเศษ การค้นพบที่น่าประหลาดใจนี้จัดทำโดย Maja Vuckovac และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Aalto ในฟินแลนด์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลกระทบที่สวนทางกับธรรมชาตินี้เกิดจากการยับยั้งการไหลภายในภายในหยดของเหลวที่มีความหนืดมากกว่า ผลลัพธ์ของพวกเขาขัดแย้งโดยตรงกับแบบจำลองทางทฤษฎีในปัจจุบันที่ว่าของเหลวไหลในเส้นเลือดฝอยที่ไม่ชอบน้ำมาก
สาขาของไมโครฟลูอิดิกส์เกี่ยวข้องกับการควบคุมการไหลของของเหลวผ่านบริเวณแคบๆ ของหลอดเลือดฝอย—โดยปกติจะใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์สำหรับการใช้งานทางการแพทย์ ของไหลที่มีความหนืดต่ำเหมาะที่สุดสำหรับไมโครฟลูอิดิกส์ เพราะไหลอย่างรวดเร็วและง่ายดาย ของเหลวที่มีความหนืดมากขึ้นสามารถใช้โดยการขับของไหลที่ความดันสูงขึ้น แต่สิ่งนี้จะเพิ่มความเครียดเชิงกลในโครงสร้างเส้นเลือดฝอยที่บอบบาง ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวได้
อีกทางเลือกหนึ่งคือ เร่งการไหลได้โดยใช้การเคลือบผิวที่ไม่ชอบน้ำมากซึ่งมีโครงสร้างขนาดเล็กและนาโนที่ดักจับเบาะรองอากาศ เบาะรองนั่งเหล่านี้ช่วยลดพื้นที่สัมผัสระหว่างของเหลวกับพื้นผิวได้อย่างมาก ซึ่งจะลดแรงเสียดทาน ทำให้การไหลเพิ่มขึ้น 65% อย่างไรก็ตาม ตามทฤษฎีปัจจุบัน อัตราการไหลเหล่านี้ยังคงลดลงตามความหนืดที่เพิ่มขึ้น
ทีมของ Vuckovac ทดสอบทฤษฎีนี้โดยดูที่หยดน้ำที่มีความหนืดต่างกัน เนื่องจากแรงโน้มถ่วงดึงพวกมันออกจากเส้นเลือดฝอยในแนวดิ่งที่มีการเคลือบชั้นในที่ไม่ชอบน้ำมาก ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ หยดน้ำจะบีบอัดอากาศที่อยู่ด้านล่าง ทำให้เกิดแรงดันไล่ระดับที่เทียบเท่ากับในลูกสูบ
ในขณะที่หยดแสดงความสัมพันธ์ผกผันที่คาดไว้ระหว่างความหนืดและอัตราการไหลในท่อเปิด เมื่อปลายด้านหนึ่งหรือทั้งสองถูกปิดผนึก กฎกลับตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิง ผลที่ได้เด่นชัดที่สุดคือหยดกลีเซอรอล—แม้ว่าจะมีความหนืดมากกว่าน้ำถึง 3 คำสั่ง แต่ก็ไหลเร็วกว่าน้ำมากกว่า 10 เท่า
ในการเปิดเผยฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังผลกระทบนี้ ทีมของ Vuckovac ได้นำอนุภาคติดตามเข้าไปในหยด การเคลื่อนที่ของอนุภาคเมื่อเวลาผ่านไปเผยให้เห็นการไหลภายในอย่างรวดเร็วภายในหยดที่มีความหนืดน้อยกว่า การไหลเหล่านี้ทำให้ของเหลวแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างระดับไมโครและนาโนในการเคลือบ ซึ่งช่วยลดความหนาของเบาะลม ป้องกันไม่ให้อากาศที่มีแรงดันใต้หยดบีบผ่านเพื่อปรับสมดุลการไล่ระดับความดัน ในทางกลับกัน กลีเซอรีนแทบไม่มีการไหลภายในที่รับรู้ได้ ขัดขวางการซึมผ่านของมัน ปันส่วนเข้าสู่สารเคลือบ ส่งผลให้เบาะลมหนาขึ้น ทำให้อากาศใต้หยดน้ำเคลื่อนไปด้านใดด้านหนึ่งได้ง่ายขึ้น
ทีมงานได้พัฒนาแบบจำลองอุทกพลศาสตร์ที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งคาดการณ์ได้ดีขึ้นว่าหยดจะเคลื่อนที่ผ่านเส้นเลือดฝอยอย่างไรด้วยการเคลือบที่ไม่ชอบน้ำมากเป็นพิเศษ การทำงานต่อไป การค้นพบของพวกเขาอาจนำไปสู่วิธีการใหม่ในการสร้างอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิคที่สามารถจัดการกับสารเคมีและยาที่ซับซ้อนได้
Physics World เป็นส่วนสำคัญของพันธกิจของ IOP Publishing ในการสื่อสารงานวิจัยและนวัตกรรมระดับโลกแก่ผู้ชมที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ไซต์นี้เป็นส่วนหนึ่งของผลงาน Physics World ซึ่งให้บริการข้อมูลออนไลน์ ดิจิทัล และสิ่งพิมพ์แก่ชุมชนวิทยาศาสตร์ทั่วโลก