Didelio greičio fotoaparatai burbuliuoja kaip gėlės

Remiantis nauju tyrimu, tobulai klampūs burbuliukai, kurie nėra visiškai skysti aliejai, išėję atrodo kaip žydinčios gėlės, kaip parodyta šioje greitaeigio fotoaparato darytoje nuotraukoje. Kreditas: „Fuller Lab“

Stanfordo ir Neapolio universiteto mokslininkai tiria, kaip burbulai yra kuriami ir galiausiai sprogsta, naudojant greitaeigius fotoaparatus ir analitinį modeliavimą, siekiant atskleisti naują sprogimo procesą.

Naftos pramonė, farmacijos kompanijos ir bioreaktorių gamintojai susiduria su bendru priešu: burbuliukais. Burbulai gali susidaryti gaminant ar gabenant įvairius skysčius, o jų susidarymas ir lūžimas gali sukelti didelių produkto kokybės problemų.

Įkvėptas šių temų ir nuostabios fizikos už burbulų, buvo sukurtas tarptautinis mokslinis bendradarbiavimas. Stanfordo universiteto chemikas Geraldas Fulleris kartu su doktorantėmis Aadithya Kannan ir Vinny Chandran Suja bei Neapolio universiteto doktorante Daniele Tammaro susitiko aptarti, kaip kuriami skirtingų tipų burbuliukai.

Mokslininkus ypač domino burbuliukai, kuriuose yra baltymų, įterptų į paviršių, kurie yra įprasti farmacijos pramonėje ir bioreaktoriuose, naudojamuose ląstelių kultūroje. Dėl nenuspėjamo rezultato mokslininkai nustatė, kad jų tiriami baltymų burbuliukai atsispaudė adata kaip gėlės. Jų išvados išdėstytos liepos 19 d. Leidinyje „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

“Mane iš tikrųjų stebina tai, kad net po daugelio metų tyrimų burbulų fizika mus nustebina gražiais netikėtais reiškiniais”, – sakė Suja.

Burbulas sprogo

Burbulus galima paaiškinti įvairiai, atsižvelgiant į jų fizines ir chemines savybes. Svarbi savybė vadinama viskoelastingumu.

„Dauguma aplinkinių medžiagų nėra skysčiai, tokie kaip vanduo ar alyvuogių aliejus. Jie taip pat nėra visiškai elastingi, kaip būdas pašalinti pieštukus. Jie dalyvauja “, – paaiškino Fulleris, kuris yra„ Fletcher Jones II “profesorius Inžinerijos mokykloje ir kartu su Neapolio universiteto profesoriumi Pieru Luca Maffettone’u vadovavo tyrimams.

Burbulas sprogo

Šiame palyginime parodytas reikšmingas muilo burbulo ir baltymo burbulo sprogimo skirtumas. Kreditas: „Fuller Lab“

Ši „tarpinė“ būsena vadinama viskoelastingumu, ir mokslininkai nustatė, kad, skirtingai nuo įprastų muilo burbuliukų, viskoelastiniai burbuliukai, turintys panašių skysčių ir kietųjų medžiagų savybių, yra deformuojami formomis, imituojančiomis žydinčią gėlę.

Tammaro perspėja, kad „akimis nematome, kaip skylė atsiveria, kai išlenda burbulas, todėl matome tik nykstantį burbulą“.

Taigi tyrėjai, norėdami aptikti ir išanalizuoti šį reiškinį, naudojo greitaeigius fotoaparatus, kurių greitis siekė 20 000 kadrų per sekundę, 300 kartų greičiau nei žmonės.

„Kai dirbau su burbuliukų susijungimu biologinėse vaistų formose, nusprendžiau ištirti burbulo plyšimą naudodamas greitaeigį fotoaparatą, kurį turėjome savo laboratorijoje“, – sakė Kannanas. “Kai tai padarėme, pamatėme, kad šis baltymų burbulas ant odos turėjo labai kitokį lūžių mechanizmą, nei mes tradiciškai tikimės”.

Laboratorijoje mokslininkai metalo žiedą mirkė viskoelastinių savybių turinčių baltymų tirpale. Tada šio žiedo burbuliukai buvo kruopščiai išpūsti naudojant labai kontroliuojamą oro srautą. Kai burbuliukai buvo pakankamai dideli, jie susilietė su pakabinta adata ir pašoko.

Kaip rodo vaizdo įrašas, kai burbuliukai pasiekia adatą, paviršius išbalėja kaip žiedlapiai. Šis lupimasis įvyksta todėl, kad dėl viskoelastinių paviršiaus savybių tirpalas pasižymi kietesnėmis savybėmis nei įprasti muilo burbuliukai. Kannanas suporavo šį ypatingą burbulą su balionu, kuris sprogo, kai jis balino kaip gėlė.

Tirti burbulų fiziką

Išvydę pakankamai žydėjimo reiškinį, mokslininkai pradėjo kurti analitinius popping modelius. Naudodamasi dabartinėmis burbulų dinamikos žiniomis ir matematiniais modeliais, grupė savo darbe pateikė perspektyvų burbulinės gėlės skaičiavimo reprodukcijų rinkinį.

Tyrinėdama burbulų susidarymą ir sprogimą, komanda tikisi galiausiai sukurti burbulą ir sužinoti, kaip sumažinti jo produkciją realiose programose. Manoma, kad išvados bus pritaikytos nuo vaistų ir vakcinų gamybos iki naftos gabenimo.

“Tikrai svarbu pamatyti, kiek jis yra bendras ir kaip kitose sistemose skiriasi žydėjimas”, – padarė išvadą Kannanas.

Nuoroda: 2021 m. Liepos 19 d., Nacionalinės mokslų akademijos darbai.
DOI: 10.1073 / pnas.2105058118

Fulleris taip pat yra „Stanford Bio-X“, Širdies ir kraujagyslių bei motinos ir vaiko sveikatos tyrimų instituto (MCHRI) narys ir Stanfordo ChEM-H narys.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Dirbtinis skrandžio prototipas atskleidžia skysčių virškinimo dinamiką

Iliustracija, rodanti srauto lauką ir lašelių disociaciją aplink antralinę susitraukimo bangą. Kreditas: Damien Dufour. Lašelių plyšimas rodo, kaip apatinės pilvo susitraukimo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.