ขอขอบคุณที่ลงทะเบียนกับ Physical World หากคุณต้องการเปลี่ยนแปลงรายละเอียดของคุณเมื่อใดก็ตาม โปรดไปที่บัญชีของฉัน
น้ำผึ้งและของเหลวที่มีความหนืดสูงชนิดอื่นๆ ไหลได้เร็วกว่าน้ำในหลอดเลือดฝอยที่มีการเคลือบเป็นพิเศษ การค้นพบที่น่าประหลาดใจนี้เกิดขึ้นโดย Maja Vuckovac และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Aalto ในประเทศฟินแลนด์ ซึ่งยังแสดงให้เห็นอีกด้วยว่าผลกระทบที่ขัดกับสามัญสำนึกนี้เกิดจากการระงับการไหลภายในหยดของเหลวที่มีความหนืดมากกว่า ผลลัพธ์ดังกล่าวขัดแย้งกับแบบจำลองทางทฤษฎีปัจจุบันโดยตรงเกี่ยวกับการไหลของของเหลวในหลอดเลือดฝอยที่มีลักษณะไม่ชอบน้ำเป็นพิเศษ
สาขาของไมโครฟลูอิดิกส์เกี่ยวข้องกับการควบคุมการไหลของของเหลวผ่านบริเวณหลอดเลือดฝอยที่จำกัดอย่างแน่นหนา ซึ่งโดยปกติแล้วจะใช้ในการผลิตอุปกรณ์สำหรับการใช้งานทางการแพทย์ ของไหลที่มีความหนืดต่ำเหมาะที่สุดสำหรับไมโครฟลูอิดิกส์ เนื่องจากไหลได้อย่างรวดเร็วและไม่ต้องใช้แรงมาก สามารถใช้ของไหลที่มีความหนืดมากขึ้นได้โดยขับเคลื่อนด้วยแรงดันสูง แต่จะทำให้เกิดความเค้นทางกลในโครงสร้างหลอดเลือดฝอยที่บอบบางเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวได้
นอกจากนี้ ยังสามารถเร่งการไหลได้โดยใช้สารเคลือบแบบ superhydrophobic ที่มีโครงสร้างระดับไมโครและระดับนาโนที่กักเก็บเบาะอากาศ สารเคลือบเหล่านี้จะช่วยลดพื้นที่สัมผัสระหว่างของเหลวและพื้นผิวได้อย่างมาก ซึ่งส่งผลให้แรงเสียดทานลดลง ทำให้การไหลเพิ่มขึ้น 65% อย่างไรก็ตาม ตามทฤษฎีในปัจจุบัน อัตราการไหลเหล่านี้จะลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อความหนืดเพิ่มขึ้น
ทีมงานของ Vuckovac ทดสอบทฤษฎีนี้โดยสังเกตละอองน้ำที่มีความหนืดแตกต่างกัน โดยแรงโน้มถ่วงจะดึงละอองน้ำเหล่านั้นออกมาจากหลอดเลือดฝอยแนวตั้งที่มีสารเคลือบด้านในแบบ superhydrophobic ขณะที่ละอองน้ำเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ละอองน้ำจะอัดอากาศด้านล่างเข้าไป ทำให้เกิดการไล่ระดับความดันที่เทียบได้กับความดันในลูกสูบ
แม้ว่าละอองจะแสดงความสัมพันธ์แบบผกผันตามที่คาดไว้ระหว่างความหนืดและอัตราการไหลในท่อเปิด แต่เมื่อปลายข้างหนึ่งหรือทั้งสองด้านถูกปิดผนึก กฎเกณฑ์จะกลับกันอย่างสิ้นเชิง ผลกระทบนั้นเห็นได้ชัดเจนที่สุดกับละอองกลีเซอรอล ถึงแม้จะมีความหนืดมากกว่าน้ำ 3 เท่า แต่ก็ไหลได้เร็วกว่าน้ำถึง 10 เท่า
เพื่อเปิดเผยหลักฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังผลกระทบนี้ ทีมของ Vuckovac ได้นำอนุภาคติดตามเข้าไปในละอองของเหลว การเคลื่อนที่ของอนุภาคในช่วงเวลาหนึ่งเผยให้เห็นการไหลอย่างรวดเร็วภายในละอองของเหลวที่มีความหนืดน้อยกว่า การไหลเหล่านี้ทำให้ของเหลวแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างในระดับไมโครและนาโนในสารเคลือบ ส่งผลให้ความหนาของเบาะอากาศลดลง จึงป้องกันไม่ให้อากาศที่มีแรงดันใต้ละอองของเหลวบีบผ่านเข้าไปเพื่อสร้างความสมดุลกับการไล่ระดับความดัน ในทางตรงกันข้าม กลีเซอรีนแทบไม่มีการไหลภายในที่รับรู้ได้ จึงยับยั้งการแทรกซึมเข้าไปในสารเคลือบ ส่งผลให้เบาะอากาศหนาขึ้น ทำให้ลมที่อยู่ใต้ละอองของเหลวเคลื่อนไปด้านใดด้านหนึ่งได้ง่ายขึ้น
ด้วยการสังเกต ทีมงานได้พัฒนาแบบจำลองไฮโดรไดนามิกที่อัปเดต ซึ่งสามารถทำนายได้ดีขึ้นว่าละอองน้ำจะเคลื่อนตัวผ่านหลอดเลือดฝอยที่มีสารเคลือบซุปเปอร์ไฮโดรโฟบิกที่แตกต่างกันอย่างไร ด้วยการทำงานต่อไป ผลการค้นพบของพวกเขาอาจนำไปสู่วิธีการใหม่ๆ ในการสร้างอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์ที่สามารถจัดการกับสารเคมีและยาที่ซับซ้อนได้
Physics World ถือเป็นส่วนสำคัญในพันธกิจของ IOP Publishing ในการสื่อสารผลงานวิจัยและนวัตกรรมระดับโลกให้กับผู้อ่านได้มากที่สุด ไซต์นี้เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มผลิตภัณฑ์ Physics World ซึ่งให้บริการข้อมูลออนไลน์ ดิจิทัล และสิ่งพิมพ์แก่ชุมชนวิทยาศาสตร์ทั่วโลก