Fysikere fremskynder dråbeindpakningsprocessen

Eksperimentelle fysikere ved University of Massachusetts Amherst rapporterer i dag, at de har udviklet en hurtig, dynamisk ny proces til indpakning af flydende dråber i ultratynde polymerark, så det, der engang var en omhyggelig proces, der tog snesevis af minutter, kan nu gøres på en brøkdel af et sekund.

Fysikprofessor Narayanan Menon, med nuværende postdoktorforsker Deepak Kumar, tidligere postdoc Joseph Paulsen og professor i polymervidenskab Thomas Russell, rapportere deres fund i det aktuelle nummer af Videnskab . Paulsen er nu på Syracuse University.

Som Menon forklarer, mange forskningsgrupper rundt om i verden arbejder på problemet med indpakning af flydende dråber for at stabilisere emulsioner, som kan være nyttig i lægemiddelleveringssystemer, for eksempel, eller til afhjælpning af olieudslip.

Den sædvanlige metode er at bruge et lag væske, der fungerer som et overfladeaktivt middel til at holde olier og vand i suspension. Mayonnaise er en emulsion af olie og vand, Menon noter, med æggehvide som det overfladeaktive stof, der holder det i suspension. Men et flydende overfladeaktivt lag har ingen stivhed, det kan ikke holde en form. UMass Amherst -forskerne ledte efter en wrap med en endelig stivhed.

Han siger, "Lad os sige, at jeg beder dig om at pakke en basketball ind, og jeg giver dig tape og papir. Du gør det bedst, du kan, men det kommer ikke til at komme særlig pænt ud. Det vil have huller og overlapninger. Med vores nye proces, du smider basketballen på papiret, og det kommer perfekt indpakket ud. "

Menon tilføjer, "Hvis du tænker på at gøre denne form for indpakning igen og igen, hastighed og brugervenlighed gør hele forskellen. Den hurtige og enkle løsning, Kumar har fundet, er et stort fremskridt, og når han mestrede det og identificerede de vigtigste parametre, han fandt ud af, at han kunne blive eventyrlysten og lave forskellige former. Vi viser, at vi har lavet terninger og et tetraeder, for eksempel."

Også, "Materialerne er almindelige polymerer og almindelige væsker, bare olie og vand. Ingen magiske ingredienser nødvendige, og vi kan gå frit fra oliedråber i vand og omvendt. Sømmene holdes på plads af modvilje mod væsken indeni for væsken udenfor, så indpakningskanterne mødes lige ved sømmen, og der er ingen overlapning og ingen afstand. "

Kumar, første forfatter til papiret, påpeger, at den nye teknik udnytter den hurtige dynamik i dråbeslag for at opnå indpakning af oliedråber med ultratynde polymerfilm i en vandfase. "På trods af volden ved sprøjtende begivenheder, processen giver robust indpakninger, der er optimalt formet til at maksimere det lukkede væskemængde og har næsten perfekte sømme, "skriver han og kollegerne." Vi opnår indpakninger af målrettede tredimensionelle former ved at skræddersy filmens todimensionale grænse og viser teknikens generalitet ved at producere både olie-i-vand og vand-i-olie indpakninger. "

Vigtige faktorer involveret i den praktiske succes med den nye metode, Kumar bemærker, er dråbevæsketæthed og dråbestørrelse i forhold til størrelsen af ​​det tynde polymerark. Menon quips, "Det virker ikke, hvis du smider en basketball på et lagner, ej heller ved et frimærke. Størrelsen af ​​dråben og arket skal være relateret. "

En uventet bonus ved dette værk, forfatterne påpeger, er, at de ikke kun har opnået den praktiske succes, men de var i stand til at besvare en del af det dybere videnskabelige spørgsmål om mekanisme. Kumar siger, "Vi foreslår nogle ideer, men vi har ikke svaret på alle spørgsmålene. "

Menon siger, at han håber, at eksperimentelle fysikere, der læser om dette værk, hurtigt vil forstå, at "det er teknisk let, og du bør gøre det selv. Faktisk, du bør tage det og gå i retninger, som vi ikke har tænkt på. Vi håber, at andre forskere vil tænke på flere og forskellige applikationer, end vi ville gøre ved os selv. Hvis du vil tilføje kompleksitet, du kunne lægge et lag eller et mønster på indersiden af ​​indpakningen, eller du kan tilføje et vindue for at gøre det lidt utæt. Når du ved, hvordan du gør teknikken, det er ikke nøjeregnende. "