Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые объяснили, как ведут себя пузырьки в крови
Исследователи из МФТИ и Египта провели фундаментальное аналитическое исследование, направленное на изучение эволюции микрокавитационных пузырьков в тройных гибридных наножидкостях, находящихся вблизи упругих твердых тел. Пример такой жидкости — человеческая кровь. Ученым удалось показать, что радиус пузырьков в тройных гибридных наножидкостях заметно меньше, чем в гибридных, мононаножидкостях и чистой крови, а повышение концентрации наночастиц уменьшает интенсивность кавитации. Это открывает перспективы для медицинских технологий, например, для доставки лекарств с точной дозировкой.
Работа опубликована в Results in Engineering. Еще с конца XX века ученые интересуются феноменом кавитации — образования и последующего схлопывания пузырьков в жидкости, сопровождающегося высвобождением энергии. Особенно важным оказалось это явление в микромасштабе — микрокавитации. Развитие нанотехнологий, в частности наножидкостей (жидкостей с включенными в них наночастицами), позволило расширить область применения кавитации: от улучшенного теплообмена в промышленных установках до точечной доставки лекарств в медицине.
Сначала изучались так называемые моножидкости — растворы, содержащие один тип наночастиц. Затем появились гибридные наножидкости (две различных нанофазы), и, наконец, тройные гибридные наножидкости — наиболее сложные, но и наиболее эффективные по термофизическим свойствам. Эти жидкости содержат три типа наночастиц размером до 100 нм.
В настоящем исследовании ученые поставили перед собой амбициозную цель: построить теоретическую модель и провести математическое исследование микрокавитации в тройных гибридных наножидкостях у поверхности упругого тела, учитывая такие параметры, как вязкость, плотность, теплоемкость, теплопроводность и поверхностное натяжение. Это модель движения человеческой крови с тремя типа диспергированных в ней наночастиц: из золота, серебра и углеродных нанотрубок.
В основе новой модели лежит модифицированное уравнение Келлера-Миксиса, адаптированное для учета эффекта оболочки у упругого тела. Решение производилось с использованием модифицированного метода Плессе-Цвика. Авторы исследовали различные концентрации наночастиц, их формы и взаимодействия, используя вычислительные средства символьной математики.
Ученым удалось показать, что радиус пузырьков в тройных гибридных наножидкостях заметно меньше, чем в гибридных, мононаножидкостях и чистой крови, а повышение концентрации наночастиц уменьшает интенсивность кавитации.
В работе было впервые представлено аналитическое решение уравнений микрокавитации в тройных гибридных наножидкостях у упругой поверхности с учетом реальных термофизических свойств. Полученные решения позволяют прогнозировать поведение пузырьков с высокой точностью, что ранее удавалось только численно. Оказалось, что эластичность стенки играет двойственную роль: увеличение модуля сдвига усиливает кавитацию, а увеличение объемного модуля ее подавляет. Изменение физико-термических параметров влияет на интенсивность микрокавитации: чем выше перегрев, тем активнее рост пузырька.
Абу-Наб Ахмед Камал Ибрагим, сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, рассказал: «Наше исследование демонстрирует, как фундаментальные физико-математические модели могут дать ответы на прикладные вопросы медицины, экологии и промышленности. Мы надеемся, что предложенная нами модель найдет широкое применение в диагностике и терапии, в том числе в минимально инвазивных методах. В отличие от прежних моделей, рассматривающих либо численно, либо с упрощениями только одно- или двухкомпонентные жидкости, в новой модели впервые учитывается комбинация из трех различных наночастиц, реалистичное поведение вблизи упругих тел с оболочкой, аналитическое решение вместо численных аппроксимаций и влияние поверхностного натяжения на кавитацию. В ближайшем будущем мы планируем исследовать влияние физических, химических и термических свойств на проблему гидродинамики микропузырьков в обобщенной ньютоновской жидкости со смесью наночастиц между двух- и многофазным турбулентным потоком».
На основе полученной аналитической модели можно изучать агрегацию наночастиц, влияние переменного давления и температуры, использование других комбинаций наночастиц и разработку жидкостей для конкретных применений — от медицинских до промышленных. Расстояние от центра пузырька до стенки, начальный радиус и параметры переноса — все это интегрально включено в модель, что позволяет прогнозировать реальные физические процессы с высокой точностью.
Исследование открывает путь к разработке жидкостей с контролируемыми свойствами, биомедицинских технологий доставки препаратов с точной дозировкой, систем очистки и дегазации на основе микрокавитации, проектированию микромеханизмов и протезов.
Следующими шагами в исследованиях станут расширение модели на неньютоновские жидкости и турбулентные многокомпонентные потоки, учет тепломассопереноса, фазовых переходов и агрегации наночастиц, экспериментальная проверка модели.
Telegram 
Дзен 
VK Господствующая версия происхождения Луны требует столкновения Земли с другой планетой. Ученые попытались вычислить, откуда гипотетическая Тейя для этого должна была появиться. И пришли к выводу, что она вряд ли прибыла издалека.
Исследователи из Великобритании и Танзании разработали метод автоматической классификации львиных вокализаций с помощью машинного обучения. Новый подход позволил не только уточнить структуру рева, выделив в нем ранее неизвестный элемент, но и повысить точность идентификации отдельных особей до 87%. Попутно выяснилось, что хищники из разных регионов Африки «разговаривают» по-разному.
Бразильские зоологи выяснили, каких именно насекомых и пауков ловят домашние кошки в городах. Для этого использовали не полевые наблюдения, а анализ социальных сетей. Просмотрев более 17 000 видео и фото в TikTok и на фотостоке iStock, ученые нашли 550 записей кошачьей охоты. Самая частая добыча — кузнечики, сверчки, цикады и тараканы.
Человеческие языки разнообразны, но это разнообразие ограничивается повторяющимися закономерностями. Пытаясь описать правила, которым подчиняются различия в грамматике, лингвисты сформулировали ряд так называемых грамматических универсалий — утверждений, предположительно верных для всех или большинства языков мира. Международная команда ученых провела статистический анализ на материале 2430 языков и обнаружила, что соответствующими действительности можно считать около трети таких утверждений.
Так называемые зумеры и альфа, несмотря на молодой возраст, уже формируют ключевые поведенческие и потребительские тренды. Ученые Пермского Политеха рассказали, почему обозначение поколений начали с конца алфавита, как альфа и зумеры отличаются в способности к терпеливости, совмещении цифрового и реального «Я», подходу к профессиональной деятельности и отношении к финансам, какое мышление пришло на смену клиповому и как использование искусственного интеллекта повлияет на авторитет родителей.
Бразильские зоологи выяснили, каких именно насекомых и пауков ловят домашние кошки в городах. Для этого использовали не полевые наблюдения, а анализ социальных сетей. Просмотрев более 17 000 видео и фото в TikTok и на фотостоке iStock, ученые нашли 550 записей кошачьей охоты. Самая частая добыча — кузнечики, сверчки, цикады и тараканы.
Человеческие языки разнообразны, но это разнообразие ограничивается повторяющимися закономерностями. Пытаясь описать правила, которым подчиняются различия в грамматике, лингвисты сформулировали ряд так называемых грамматических универсалий — утверждений, предположительно верных для всех или большинства языков мира. Международная команда ученых провела статистический анализ на материале 2430 языков и обнаружила, что соответствующими действительности можно считать около трети таких утверждений.
По расчетам, большинство «гостей» из других звездных систем летят к Земле примерно со стороны созвездия Геркулес. Скорее всего, они время от времени падают на нашу планету, просто мы еще не научились это замечать. Как удалось вычислить, чаще всего они должны падать зимой и где-то в окрестностях экватора.
Ученые открыли новый, ранее неизвестный способ передвижения бактерий по поверхностям, для которого не нужны жгутики. Эти микроорганизмы на краю колонии переваривают сахара, выделяют метаболиты и создают осмотическое давление. Оно вызывает микроскопическое «цунами», и на нем бактерии катятся вперед.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно