Kapillær strøm udnyttes for første gang

Du har måske aldrig hørt om kapillæreffekten, men det er noget, du håndterer hver gang du tørrer et spild op eller lægger blomster i vand. Wouter van der Wijngaart har brugt det meste af sit liv på at overveje dette fænomen, som gør det muligt for væske at strømme gennem trange rum som fibrene i en klud, eller opad gennem blomsterstænglerne, uden hjælp fra tyngdekraften eller andre kræfter.

Nu, for første gang, han og et team af forskere, fra KTH Royal Institute of Technology i Sverige, har fundet en måde til fuldt ud at kontrollere kapillærvirkning, og de har designet en enhed, der udnytter den til mulig brug i biotekniske applikationer såsom biomolekylær analyse og håndtering af kropsvæsker.

"Kapillaritet er et meget almindeligt fænomen, som vi nu har dissekeret i dets detaljer og forvandlet til en teknisk enhed, det er, en simpel pumpe, som vi fuldt ud styrer, "siger van der Wijngaart, professor ved KTH.

Kapillærstrøm er uafhængig af tyngdekraften. Faktisk, det virker faktisk i modsætning til tyngdekraften. "Jeg har pjattet med kapillaritet siden jeg var 14, da vi lærte om det i skolen, og jeg stillede spørgsmål, som mine lærere ikke kunne svare på, "siger van der Wijngaart." Jeg spekulerede på, hvorfor vand, der strømmer mod tyngdekraften, ikke kunne bruges til at skabe en perpetuum -mobil (en bevægelse, der fortsætter uendeligt), og i dag beder jeg hvert år mine elever om at forklare dette. "

Fænomenet er et samspil mellem to slags kræfter, sammenhængskraft og vedhæftning. Samhørighed er tiltrækningen mellem lignende typer partikler, såsom vandmolekyler. Og vedhæftning er attraktionen mellem forskellige slags partikler, såsom vand og fibrene i et håndklæde. Når vedhæftning er stærkere end samhørighed, kapillær handling forekommer.

Kapillærstrømningshastigheden påvirkes stadig af en væskes viskositet og geometrien og overfladeenergien af ​​overfladerne i de kanaler, hvorigennem den strømmer. Endnu, efter fem års studier, forskerne har formået at gøre disse variationer ubetydelige. I en serie på tre publikationer, de viste først, hvordan man gør strømmen konstant i tid; derefter uafhængig af viskositet; og, endelig, uafhængig af overfladeenergien.

Rapportering inden for mikrosystemer og nanoengineering, forskerne testede pumper af deres nye design med en række prøvevæsker, herunder vand, forskellige prøver af fuldblod, forskellige prøver af urin, isopropanol, mineralolie og glycerol. Kapillærfyldningshastighederne for disse væsker varierer med mere end en faktor 1000, når de absorberes af en standard konstant kapitel af tværsnit af glas, van der Wijngaart siger.

Derimod, det nye pumpedesign resulterede i gennemstrømningshastigheder i et stort set konstant område med en variation på under 8%, rapporterer forskerne.