از ثبت نام شما در Physical World متشکریم. اگر مایل به تغییر اطلاعات خود در هر زمانی هستید، لطفاً به حساب کاربری من مراجعه کنید.
عسل و سایر مایعات بسیار چسبناک در مویرگ‌های با پوشش ویژه، سریع‌تر از آب جریان می‌یابند. این یافته شگفت‌انگیز توسط مایا ووکوواک و همکارانش در دانشگاه آلتو در فنلاند انجام شد، که همچنین نشان دادند که این اثر خلاف شهود، ناشی از سرکوب جریان داخلی در قطرات چسبناک‌تر است. نتایج آنها مستقیماً با مدل‌های نظری فعلی در مورد چگونگی جریان مایعات در مویرگ‌های فوق آبگریز در تضاد است.
حوزه میکروفلوئیدیک شامل کنترل جریان مایعات از طریق نواحی کاملاً محدود مویرگ‌ها است - معمولاً برای ساخت دستگاه‌هایی برای کاربردهای پزشکی. مایعات با ویسکوزیته پایین برای میکروفلوئیدیک بهترین هستند زیرا به سرعت و بدون زحمت جریان می‌یابند. با راندن مایعات با ویسکوزیته بیشتر در فشارهای بالاتر می‌توان از آنها استفاده کرد، اما این امر باعث افزایش فشار مکانیکی در ساختارهای ظریف مویرگی می‌شود - که می‌تواند منجر به خرابی شود.
از طرف دیگر، می‌توان با استفاده از یک پوشش فوق آبگریز که حاوی میکرو و نانوساختارهایی است که بالشتک‌های هوا را به دام می‌اندازند، جریان را تسریع کرد. این بالشتک‌ها به طور قابل توجهی سطح تماس بین مایع و سطح را کاهش می‌دهند که به نوبه خود اصطکاک را کاهش می‌دهد - افزایش جریان تا 65٪. با این حال، طبق نظریه فعلی، این سرعت‌های جریان با افزایش ویسکوزیته همچنان کاهش می‌یابند.
تیم ووکوواک این نظریه را با بررسی قطرات با ویسکوزیته‌های مختلف، هنگامی که گرانش آنها را از مویرگ‌های عمودی با پوشش‌های داخلی فوق آبگریز بیرون می‌کشید، آزمایش کردند. قطرات با سرعت ثابت حرکت می‌کنند و هوای زیر خود را فشرده می‌کنند و گرادیان فشاری مشابه با پیستون ایجاد می‌کنند.
در حالی که قطرات رابطه معکوس مورد انتظار بین ویسکوزیته و سرعت جریان را در لوله‌های باز نشان می‌دادند، هنگامی که یک یا هر دو انتها آب‌بندی می‌شدند، قوانین کاملاً برعکس می‌شدند. این اثر در قطرات گلیسرول بیشترین نمود را داشت - اگرچه 3 برابر ویسکوزیته بیشتری نسبت به آب داشت، اما بیش از 10 برابر سریع‌تر از آب جریان می‌یافت.
برای کشف فیزیک پشت این اثر، تیم ووکوواک ذرات ردیاب را به قطرات وارد کردند. حرکت ذرات با گذشت زمان، جریان داخلی سریعی را در قطره با ویسکوزیته کمتر نشان داد. این جریان‌ها باعث می‌شوند که سیال به ساختارهای میکرو و نانو در پوشش نفوذ کند. این امر ضخامت بالشتک هوا را کاهش می‌دهد و مانع از فشرده شدن هوای تحت فشار زیر قطره برای متعادل کردن گرادیان فشار می‌شود. در مقابل، گلیسیرین تقریباً هیچ جریان داخلی محسوسی ندارد و مانع از نفوذ آن به پوشش می‌شود. این امر منجر به بالشتک هوای ضخیم‌تری می‌شود که حرکت هوای زیر قطره به یک طرف را آسان‌تر می‌کند.
این تیم با استفاده از مشاهدات خود، یک مدل هیدرودینامیکی به‌روز شده ایجاد کرد که نحوه حرکت قطرات را از طریق مویرگ‌ها با پوشش‌های فوق آبگریز مختلف بهتر پیش‌بینی می‌کند. با کار بیشتر، یافته‌های آنها می‌تواند به راه‌های جدیدی برای ایجاد دستگاه‌های میکروفلوئیدیک که قادر به مدیریت مواد شیمیایی و داروهای پیچیده هستند، منجر شود.
وب‌سایت Physics World بخش کلیدی از ماموریت انتشارات IOP برای انتقال تحقیقات و نوآوری‌های جهانی به گسترده‌ترین مخاطبان ممکن را نشان می‌دهد. این سایت بخشی از مجموعه Physics World است که مجموعه‌ای از خدمات اطلاعاتی آنلاین، دیجیتال و چاپی را به جامعه علمی جهانی ارائه می‌دهد.