En flydende interaktion inspirerer til et gennembrud inden for fluiddynamik

Det er et lidt kendt faktum, at bittesmå partikler som blodceller driver sidelæns, når de bevæger sig forbi en ru overflade, men denne særhed har tiltrukket sig meget opmærksomhed fra forskere, der løser industrielle problemer.

Hvorfor? For hvis ingeniører kan låse op for reglerne bag denne lille bevægelse, kan industrier bruge dem til at isolere biologiske prøver, opdage og diagnosticere sygdom eller sortere syntetiske partikler.

Nu er Danielle Chase, en femteårs kandidatstuderende ved Princeton Engineering, og Christina Kurzthaler medforfattere af en artikel i Proceedings of the National Academy of Sciences som tilbyder den første generelle model, der beskriver samspillet mellem mønstrede overflader og sedimenterende partikler.

Chase, rådgivet af professor Howard Stone, arbejdede tæt sammen med Kurzthaler, en tidligere postdoktor i Stones laboratorium og nu en forskningsgruppeleder ved Max Planck Institute for Physics of Complex Systems. Sammen fastlagde de systemets "regler", så forskere kan forudsige, hvordan deres design vil fungere i stedet for at bruge trial-and-error.

"Det var tilfredsstillende endelig at forstå mekanismen, der forårsager de spiralformede baner og den overordnede drift, og at have en hydrodynamisk model, der beskrev vores eksperimentelle observationer, så vi kunne forudsige, hvad der ville ske, hvis for eksempel nogen forsøgte at adskille to objekter af forskellig størrelse." sagde Chase.

Ud over selve præstationen sagde Chase, at hun nød følelsen af ​​åben opdagelse og samarbejde. Chase designede og byggede de fysiske eksperimenter, mens Kurzthaler udviklede den teoretiske model, der beskriver adfærden.

Chase sagde, at Stone, Donald R. Dixon '69 og Elizabeth W. Dixon professor i mekanik og rumfartsteknik, aldrig dikterede den nøjagtige retning af forskningen, men var meget støttende for alle aspekter af projektet.

De spørgsmål, Chase og Kurzthaler forfulgte, opstod i stedet fra deres fælles nysgerrighed om, hvad de observerede, inklusive partiklernes overraskende spiralformede bevægelse. "Vores observationer førte til flere spørgsmål," sagde Chase. "Det hjalp os med at finde mere interessante aspekter af systemet, som hvordan formen af ​​mønstrene påvirker partikelbevægelsen."

Mens tidligere forskere brugte eksperimentelle opstillinger til at observere partikler, der strømmer gennem tynde kanaler, slap Chase og Kurzthaler af med væggene bortset fra en mønstret overflade. Dette gjorde det muligt for dem at begrænse variablerne og kun fokusere på partiklen og overfladen.

"Jeg tror, ​​at det, vi lærte i sidste ende, virkelig gavnede af, at vi begge havde forskellige tilgange til problemet," sagde Chase. "At have en teori hjælper med at designe gode eksperimenter, og at have målinger hjælper med at bekræfte teorien."

Nu tæt på at afslutte sit doktorgradsarbejde, er Chase begejstret for at fortsætte forskningen i væskedynamik. "Jo mere du lærer, jo flere spørgsmål finder du," bemærkede hun. + Udforsk yderligere

Forskere finder den bedste måde for bakterier at navigere i labyrintlignende miljøer