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.
Скорректирована модель поведения течения жидкостей в устройствах, применяемых в медицине
Микрожидкостные чипы с каналами размером порядка нескольких микрометров применяются в тех отраслях, где необходимо тщательно контролировать движение малых объемов жидкости. Сюда относится синтез ценных химических субстанций, доставка питательных веществ к клеточным культурам, транспортировка лекарственных препаратов по тонким капиллярам. Ученые Пермского Политеха выявили ранее неизвестный механизм, влияющий на течение жидкости в таких конструкциях. Это позволит увеличить точность моделирования и сделать такие чипы эффективнее.
Статья опубликована в журнале Physics of Fluids. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования России.
Изучение процессов тепло- и массообмена на малых пространственных масштабах позволяет лучше понимать механизмы, ответственные за движение жидкостей в микроканалах. Это нужно для разработки устройств, к которым относят биочипы для анализа ДНК, устройства для сепарации клеток, анализа белков и других биомолекул, тестирования лекарственных препаратов. А также для создания химических микрореакторов с каналами диаметром менее одного миллиметра. Их используют в фармацевтике для эффективного синтеза химических соединений и проведения сложных реакций.
Основная проблема течений на малых масштабах – высокое сопротивление твердых стенок, которое затрудняет движение жидкости. Одна из задач состоит в повышении скорости потока и оптимизации ее перемешивания. Обычно его осуществляют механически с помощью насосов, что называется вынужденной конвекцией. Однако с точки зрения энерго- и ресурсосбережения рациональнее использовать естественную, когда движение жидкости вызвано неоднородностью ее плотности. Воздействие внешней силы приводит ее в движение, способствует интенсивному перемешиванию и ускоряет протекание химических реакций.
Одно из наиболее удобных для исследования устройств – ячейка Хеле-Шоу, заполненный жидкостью тонкий зазор между двумя параллельными пластинами. Она позволяет использовать развитые оптические методы наблюдения за течением в эксперименте и упростить процедуру решения уравнений. Принципиальную роль для технологических устройств играет возможность управления течением, поэтому в качестве источника энергии для поддержания конвекции используются силы инерции, действующие на жидкость во вращающемся реакторе Хеле-Шоу. В отличие от силы тяжести они легко контролируются в эксперименте.
Согласно устоявшейся теории сила Кориолиса (одна из сил, возникающих во вращающихся системах) может существовать только в трехмерных течениях жидкости. Ученые Пермского Политеха опровергли это утверждение, показав, что она вносит свой вклад и в двумерные течения, если жидкость неоднородна по плотности. Влияние данной силы наблюдалось в экспериментах с вращением системы растворов в реакторе Хеле-Шоу. Однако использованная ранее теоретическая модель некорректно описывала процесс в таких условиях и нуждалась в развитии.
«Ранее считалось, что сила Кориолиса не вносит вклада в двумерную конвекцию. Учет нового эффекта делает предсказания модели корректными. Во-первых, точнее определяются условия начала конвекции. Во-вторых, особенности течений, возникающие только при действии силы Кориолиса, теперь имеют теоретическое объяснение и могут быть смоделированы в численном эксперименте. Например, ранее теория не предсказывала наличие спиральности у течений Хеле-Шоу, хотя это явление наблюдалось в эксперименте», – комментирует Дмитрий Брацун, заведующий кафедрой прикладной физики ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
«Еще одно важное свойство эффекта Кориолиса заключается в его стабилизирующем влиянии на жидкость. Нам удалось выяснить, что при наличии этой силы возбуждение конвекции замедляется, а уже развитое движение дольше остается упорядоченным во времени и пространстве. Сценарий, по которому система идет от равновесного состояния к хаотическому, существенно отличается от предсказанного ранее. Можно сказать, мы исправили фундаментальную неточность в уравнениях двумерной конвекции, что имеет важные следствия как для самой теории, так и для устройств, осуществляющих управление течениями на малых масштабах», – дополняет Владимир Уточкин, ассистент кафедры прикладной физики ПНИПУ.
Исследование ученых ПНИПУ позволило выявить фактор, влияющий на движение жидкости в двумерных полостях. Результаты применимы в медицине, фармацевтике и других отраслях, связанных с микрожидкостными устройствами.
Telegram 
Дзен 
VK Если микропластиком называют частицы пластика размером примерно от 5 миллиметров до 1 микрона (0,001 миллиметра), то нанопластик — еще более мелкие частицы. Ученые из Южной Кореи обнаружили, что накопление нанопластика в организме способно не только вызвать серьезные болезни, но и заметно изменить социальное поведение.
Многие предпочитают вступать в романтические отношения с людьми примерно своего возраста, но есть и пары с существенной возрастной разницей. Международная группа ученых недавно на крупной выборке людей проследила за изменениями возраста партнеров на старте отношений в разные годы жизни.
Первый старт тяжелой ракеты New Glenn американской частной компании Blue Origin должен был состояться еще 10 января, однако его несколько раз перенесли из-за погодных условий. Главная цель запуска — вывод второй ступени на орбиту, а также, если удастся, посадка первой ступени на платформу в Атлантике.
Если микропластиком называют частицы пластика размером примерно от 5 миллиметров до 1 микрона (0,001 миллиметра), то нанопластик — еще более мелкие частицы. Ученые из Южной Кореи обнаружили, что накопление нанопластика в организме способно не только вызвать серьезные болезни, но и заметно изменить социальное поведение.
Многие предпочитают вступать в романтические отношения с людьми примерно своего возраста, но есть и пары с существенной возрастной разницей. Международная группа ученых недавно на крупной выборке людей проследила за изменениями возраста партнеров на старте отношений в разные годы жизни.
Первый старт тяжелой ракеты New Glenn американской частной компании Blue Origin должен был состояться еще 10 января, однако его несколько раз перенесли из-за погодных условий. Главная цель запуска — вывод второй ступени на орбиту, а также, если удастся, посадка первой ступени на платформу в Атлантике.
Ученые из Троицкого института инновационных и термоядерных исследований, МФТИ и МЭИ совершили значительный прорыв в области защиты материалов от экстремальных тепловых нагрузок, характерных для условий управляемого термоядерного синтеза.
Согласно популярному утверждению, человеческая мысль — едва ли не самое быстрое, что существует в природе. Даже свет многие считают менее быстрым, поскольку он распространяется со скоростью 300 тысяч километров в секунду, а мысль — «мгновенно». Однако новое исследование опровергло бытовую логику. Ученые из Калтеха измерили скорость, с которой человек обрабатывает информацию, и обнаружили, что основные когнитивные процессы во много раз медленнее не только распространения света, но и низкоскоростного интернета.
Группа климатологов проанализировала массив спутниковых снимков озер и водохранилищ по всей планете, сделанных с 1984 по 2021 год. Ученые обратили внимание на цвет поверхности водоемов и выяснили, что у большинства он изменился — преимущественно в сторону коротковолнового диапазона. Иными словами, экология десятков тысяч озер оказалась нестабильной.
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
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно