Les chercheurs ont détaillé la physique derrière un phénomène qui leur permet de créer un rotation dans les gouttelettes liquides à l'aide d'ondes à ultrasons, qui concentre les particules solides en suspension dans le liquide. La découverte permettra aux chercheurs de concevoir des technologies qui utilisent la technique pour développer des applications dans des domaines tels que les tests biomédicaux et le développement de médicaments.
« En créant des ondes échographiques à la surface d'un substrat piézoélectrique, nous pouvons induire un spin dans une gouttelette liquide qui reposait sur ce substrat », explique Chuyi Chen, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à la North Carolina State University et Co-Lead auteur d'un document sur le travail publié dans Avancées scientifiques.
« L'oscillation des ondes échographiques pousse le fluide à l'intérieur de la gouttelette pour couler en cercle, mais la tension en surface de la gouttelette empêche la gouttelette de se propager dans une feuille plate. Une combinaison de forces à partir des ondes ultrasonores, de la goutte de goutte de rotation, et le fluide se déplaçant à l'intérieur des drives de dropletes à l'intérieur de la droplette pour se déplacer dans un motif hélicoïdal, essentiellement CORKSCREWING à travers le point de droplet pour se déplacer dans un motif hélicoïdal, essentiellement CORKSCREWING à travers le point de droplet pour se déplacer dans un motif hélicoïdal.
« Il s'agit d'une nouvelle façon de concentrer les particules solides dans une solution liquide, ce qui peut être extrêmement utile », explique Chen. « Par exemple, la concentration du contenu d'une cellule pourrait faciliter la détection des matériaux pertinents pour les tests biomédicaux. »
Mais pour développer des technologies qui utilisent ce phénomène, les chercheurs doivent comprendre exactement ce qui le stimule.
« Ce document est une avance importante, car elle présente en détail la physique responsable du contrôle des particules à l'intérieur de la gouttelette », explique Chen. « Maintenant que nous comprenons les forces impliquées, nous pouvons prendre des décisions éclairées et des technologies d'ingénieur pour concentrer les particules dans un échantillon de liquide de manière contrôlée. »
Un aspect clé de ces résultats est que vous pouvez influencer le mouvement des particules dans la gouttelette en manipulant l'un des plusieurs paramètres: la tension de surface du liquide, le rayon de la gouttelette et l'amplitude des ondes échographiques.
« Cela nous donne plusieurs mécanismes pour affiner la rotation du système et le comportement des particules », explique Chen.
En plus de son utilité potentielle dans les applications biomédicales, la nouvelle technique est également prometteuse pour explorer une gamme de questions de recherche liées à la physique des systèmes rotatifs.
« Par exemple, nous pouvons créer des flux de vortex de type tornade ou étudier le transport axé sur Coriolis à une très petite échelle », explique Chen. « Cela nous permet d'explorer les questions de physique d'une manière compacte, facilement observable et relativement peu coûteuse, par rapport aux techniques à plus grande échelle. »
