avatar nanonewsnet

Nanonewsnet



подробнее...

Следить за персональным блогом


Автоматизированная система Промышленная безопасность и охрана труда

Обновления главной ленты блогов
Вконтакте Facebook Twitter RSS Почта Livejournal
Внимание

На нашем портале можно бесплатно публиковать информацию о своей компании, размещать товары и услуги и цены на них.
Ведите свой личный или корпоративный блог и его ежедневно увидят 30 тысяч посетителей нашего сайта.

08 апреля 2018, 15:07

Описан лифт для частиц в микроканалах


Ученые описали механизм возникновения инерционной подъемной силы, которая действует на частицы произвольного размера в микроканалах. Ранее подобные расчеты были возможны лишь для некоторых частных случаев. Более точное описание позволит использовать эти процессы для сортировки частиц. Исследование сотрудников МГУ имени М.В. Ломоносова, Института физической химии и электрохимии (ИФХЭ) имени А.Н. Фрумкина РАН и Юлихского исследовательского центра в Германии опубликовано в Journal of Fluid Mechanics.

Авторы работы изучали силы, действующие на частицы в заполненных жидкостью каналах толщиной в несколько микрон. Поведение частиц зависит от числа Рейнольдса, которое характеризует соотношение инерционных и вязких сил в жидкости. В потоке с конечным числом Рейнольдса на небольшие частицы действует подъемная сила, вызывающая их движение поперек линий тока и «фокусирующая» их на определенном расстоянии от стенок канала.

Точные расчеты движения частиц помогут использовать микроканалы для сортировки, например, для разделения здоровых и раковых клеток. Из-за того, что на частицы действуют одновременно несколько сил, их движения сложно описать теоретически. Следовательно, сложно и предсказать, как те или иные частицы будут двигаться в конкретном канале. Прошлые исследования в основном описывали простые предельные случаи: движения «точечных» частиц, размером которых можно пренебречь, или частиц, находящихся не в центре канала, а вблизи стенки.

«Инерционная микрофлюидика уже известна и широко используется, но пока лишь при больших числах Рейнольдса, которые сложно реализовать в микроканалах, так как требуется огромное давление для прокачки жидкости, — рассказал один из авторов работы Евгений Асмолов из ИФХЭ РАН. — Поэтому известные на сегодня устройства для инерционного разделения частиц используют довольно широкие каналы».

Новое исследование расширяет область применения расчетов на частицы конечного размера в середине микроканала. Кроме того, авторам удалось полностью учесть взаимодействие частиц со стенкой и проанализировать, как будут вести себя частицы с различной плотностью. Если плотность частицы отличается от плотности жидкости, то помимо подъемной силы на нее также ощутимо влияют сила тяжести и сила Архимеда, что может сильно сместить положение равновесия или даже привести к его исчезновению.

Новую теорию ученые проверили при помощи компьютерного моделирования. Его результаты показали, что в предельных случаях полученные формулы в точности воспроизводят процессы, описанные ранее другими учеными. Помимо этого, физики проанализировали несколько типичных экспериментальных установок и предсказали, как будут вести себя в них различные частицы.

«Мы предсказали, что даже при небольших, порядка десяти, числах Рейнольдса сферические частицы могут, вращаясь, «взлетать», как самолет, над стенкой микроканала, — прокомментировала соавтор статьи, профессор МГУ Ольга Виноградова. — Затем они «летят» на определенной высоте, которая зависит лишь от их плотности и радиуса, выстраиваясь в цепочки. Что особенно важно, «высота полета» таких цепочек будет разной, даже если размеры или плотности частиц в них отличаются совсем незначительно. Эти цепочки частиц легко разделить в миниатюрных устройствах «лаборатория на чипе», а само разделение будет более эффективным, чем в широких каналах и при больших числах Рейнольдса».

Источник: http://www.nanonewsnet.ru/news/2018/opisan-lift-dlya-chastits-v-mikrokanalakh