شكرًا لتسجيلك في عالم الفيزياء. إذا كنت ترغب في تغيير بياناتك في أي وقت، يُرجى زيارة حسابي.
يتدفق العسل والسوائل الأخرى عالية اللزوجة أسرع من الماء في الأنابيب الشعرية المطلية خصيصًا. وقد توصلت مايا فوكوفاك وزملاؤها في جامعة آلتو بفنلندا إلى هذا الاكتشاف المثير للدهشة، حيث أظهروا أيضًا أن هذا التأثير غير البديهي ينجم عن كبح التدفق الداخلي داخل القطرات الأكثر لزوجة. وتتناقض نتائجهم بشكل مباشر مع النماذج النظرية الحالية لكيفية تدفق السوائل في الأنابيب الشعرية فائقة الكراهية للماء.
يتضمن مجال الموائع الدقيقة التحكم في تدفق السوائل عبر مناطق ضيقة من الأنابيب الشعرية، وعادةً ما يُستخدم ذلك في تصنيع الأجهزة الطبية. تُعد السوائل منخفضة اللزوجة الأنسب للموائع الدقيقة لأنها تتدفق بسرعة وسهولة. يمكن استخدام سوائل أكثر لزوجة عن طريق زيادة الضغط عليها، ولكن هذا يزيد من الإجهاد الميكانيكي في بنية الأنابيب الشعرية الدقيقة، مما قد يؤدي إلى تلفها.
بدلاً من ذلك، يمكن تسريع التدفق باستخدام طلاء فائق الكراهية للماء يحتوي على هياكل دقيقة ونانوية تحبس وسائد هوائية. تقلل هذه الوسائد بشكل كبير من مساحة التلامس بين السائل والسطح، مما يقلل الاحتكاك بدوره، وبالتالي يزيد التدفق بنسبة 65%. ومع ذلك، ووفقًا للنظرية الحالية، تستمر معدلات التدفق هذه في الانخفاض مع زيادة اللزوجة.
قام فريق فوكوفاك باختبار هذه النظرية من خلال النظر إلى قطرات ذات لزوجة متفاوتة حيث سحبتها الجاذبية من أنابيب شعرية رأسية ذات طبقات داخلية فائقة الكراهية للماء. وبينما تتحرك القطرات بسرعة ثابتة، فإنها تضغط الهواء الموجود أسفلها، مما يخلق تدرج ضغط مماثل لما هو موجود في المكبس.
بينما أظهرت القطرات العلاقة العكسية المتوقعة بين اللزوجة ومعدل التدفق في الأنابيب المفتوحة، عندما تم إغلاق أحد الطرفين أو كليهما، انعكست القواعد تمامًا. وكان التأثير أكثر وضوحًا مع قطرات الجلسرين - فعلى الرغم من أنها أكثر لزوجة من الماء بثلاثة مراتب، إلا أنها تدفقت أسرع من الماء بأكثر من 10 مرات.
لكشف الفيزياء الكامنة وراء هذا التأثير، أدخل فريق فوكوفاك جزيئات متتبعة في القطرات. وكشفت حركة هذه الجزيئات مع مرور الوقت عن تدفق داخلي سريع داخل القطرة الأقل لزوجة. تتسبب هذه التدفقات في اختراق السائل للهياكل الميكروية والنانوية في الطلاء. وهذا يقلل من سمك الوسادة الهوائية، مانعًا الهواء المضغوط أسفل القطرة من التسرب لموازنة تدرج الضغط. في المقابل، يكاد الجلسرين لا يُظهر أي تدفق داخلي ملحوظ، مما يعيق اختراقه للطلاء. وينتج عن ذلك وسادة هوائية أكثر سمكًا، مما يُسهّل على الهواء أسفل القطرة التحرك إلى جانب واحد.
باستخدام ملاحظاتهم، طور الفريق نموذجًا هيدروديناميكيًا محدثًا يتنبأ بشكل أفضل بكيفية تحرك القطرات عبر الشعيرات الدموية ذات الطلاءات فائقة الكراهية للماء المختلفة. ومع مزيد من العمل، يمكن أن تؤدي نتائجهم إلى طرق جديدة لإنشاء أجهزة ميكروفلويدية قادرة على التعامل مع المواد الكيميائية والأدوية المعقدة.
يمثل موقع Physics World جزءًا أساسيًا من مهمة IOP Publishing المتمثلة في إيصال الأبحاث والابتكارات ذات المستوى العالمي إلى أوسع جمهور ممكن. الموقع جزء من مجموعة Physics World، التي توفر مجموعة من خدمات المعلومات عبر الإنترنت والرقمية والمطبوعة للمجتمع العلمي العالمي.