نشكرك على التسجيل في Physical World إذا كنت ترغب في تغيير بياناتك في أي وقت، فيرجى زيارة حسابي
يتدفق العسل وغيره من السوائل عالية اللزوجة بشكل أسرع من الماء في الشعيرات الدموية المغلفة بشكل خاص. وقد توصلت مايا فوكوفاك وزملاؤها في جامعة ألتو في فنلندا إلى هذا الاكتشاف المدهش، حيث أظهروا أيضًا أن هذا التأثير غير البديهي ينبع من قمع التدفق الداخلي داخل القطرات الأكثر لزوجة. وتتناقض نتائجهم بشكل مباشر مع النماذج النظرية الحالية لكيفية تدفق السوائل في الشعيرات الدموية الفائقة كراهية الماء.
يتضمن مجال الموائع الدقيقة التحكم في تدفق السوائل عبر مناطق محصورة بإحكام من الشعيرات الدموية - عادةً لتصنيع الأجهزة للتطبيقات الطبية. السوائل منخفضة اللزوجة هي الأفضل للميكروموائع لأنها تتدفق بسرعة وبدون عناء. يمكن استخدام السوائل الأكثر لزوجة عن طريق دفعها عند ضغوط أعلى، ولكن هذا يزيد من الضغط الميكانيكي في الهياكل الشعرية الحساسة - مما قد يؤدي إلى الفشل.
وبدلاً من ذلك، يمكن تسريع التدفق باستخدام طلاء فائق الكراهية للماء يحتوي على هياكل دقيقة ونانوية تحبس الوسائد الهوائية. تعمل هذه الوسائد على تقليل مساحة التلامس بين السائل والسطح بشكل كبير، مما يقلل بدوره من الاحتكاك - مما يزيد التدفق بنسبة 65٪. ومع ذلك، وفقًا للنظرية الحالية، تستمر معدلات التدفق هذه في الانخفاض مع زيادة اللزوجة.
وقد اختبر فريق فوكوفاك هذه النظرية من خلال النظر إلى قطرات ذات لزوجة مختلفة أثناء سحبها بواسطة الجاذبية من الشعيرات الدموية الرأسية ذات الطلاءات الداخلية فائقة الكراهية للماء. وبينما تتحرك القطرات بسرعة ثابتة، فإنها تضغط على الهواء تحتها، مما يخلق تدرج ضغط مماثل لذلك الموجود في المكبس.
في حين أظهرت القطرات العلاقة العكسية المتوقعة بين اللزوجة ومعدل التدفق في الأنابيب المفتوحة، عندما تم غلق أحد الطرفين أو كليهما، انعكست القواعد تمامًا. وكان التأثير أكثر وضوحًا مع قطرات الجلسرين - على الرغم من أنها أكثر لزوجة من الماء بثلاثة أوامر من حيث الحجم، إلا أنها تدفقت أكثر من 10 مرات أسرع من الماء.
ولكشف الفيزياء وراء هذا التأثير، أدخل فريق فوكوفاك جزيئات تتبع في القطرات. وكشفت حركة الجزيئات بمرور الوقت عن تدفق داخلي سريع داخل القطرة الأقل لزوجة. وتتسبب هذه التدفقات في اختراق السائل للهياكل الدقيقة والنانوية في الطلاء. وهذا يقلل من سمك الوسادة الهوائية، مما يمنع الهواء المضغوط أسفل القطرة من الضغط من أجل موازنة تدرج الضغط. وعلى النقيض من ذلك، لا يوجد للجلسرين أي تدفق داخلي يمكن إدراكه تقريبًا، مما يمنع اختراقه للطلاء. وينتج عن هذا وسادة هوائية أكثر سمكًا، مما يسهل على الهواء أسفل القطرة التحرك إلى جانب واحد.
وباستخدام ملاحظاتهم، قام الفريق بتطوير نموذج هيدروديناميكي محدث يتنبأ بشكل أفضل بكيفية تحرك القطرات عبر الشعيرات الدموية ذات الطلاءات الفائقة الكراهية للماء. ومع المزيد من العمل، يمكن أن تؤدي نتائجهم إلى طرق جديدة لإنشاء أجهزة ميكروفلويدية قادرة على التعامل مع المواد الكيميائية والأدوية المعقدة.
يمثل عالم الفيزياء جزءًا أساسيًا من مهمة IOP Publishing في توصيل الأبحاث والابتكارات ذات المستوى العالمي إلى أوسع جمهور ممكن. يعد الموقع جزءًا من مجموعة عالم الفيزياء، التي توفر مجموعة من خدمات المعلومات عبر الإنترنت والرقمية والمطبوعة للمجتمع العلمي العالمي.