Forscher der Universität Tsukuba haben eine innovative Technik entwickelt, um den Flüssigkeitsfluss und die Verteilung innerhalb von zwei levitierten Tropfen im Weltraum sichtbar zu machen. Die Technik verwendet fluorescencemitternde Partikel, um die Flüssigkeitsbewegung in jedem Tropfen zu messen und den internen Fluss durch Oberflächenvibration während der Zusammenführung der Tropfen aufzudecken. Die Forscher nutzten ein Ultraschall-Phased-Array, um zwei identische Tropfen zu levitieren und zu vereinigen. Sie verwendeten auch rote und grüne fluoreszierende Partikel in den Tropfen, um den Grad der Vermischung zu messen. Durch die Aufnahme der Bewegung der fluoreszierenden Partikel mit einer Hochgeschwindigkeitskamera stellten die Forscher fest, dass die Vermischung durch interfaciale Vibration vorherrschend war gegenüber der molekularen Diffusion. Diese Forschung hat vielversprechende Auswirkungen auf die Verbesserung von Lab-on-a-Drop-Geräten.
Einführung
Forschende der Universität Tsukuba haben eine neuartige Technik entwickelt, um Flüssigkeitsströmungen und -verteilungen in zwei schwebenden Tropfen im Weltraum sichtbar zu machen. Diese Technik hat das Potenzial, unser Verständnis von Strömungsmechanik zu revolutionieren und vielversprechende Auswirkungen auf Lab-on-a-Drop-Geräte zu haben.
Überblick über die Technik
Die Forschenden verwendeten partikelbasierte Fluoreszenz zur Messung der Flüssigkeitsbewegungen innerhalb jedes Tropfens und zur Visualisierung der internen Strömungen, die durch Oberflächenvibrationen während des Verschmelzens der Tropfen entstehen. Ein Ultraschall-Phased-Array wurde eingesetzt, um zwei identische Tropfen zu schweben und zu verschmelzen. Rote und grüne fluoreszierende Partikel wurden den Tropfen zugegeben, um den Grad der Durchmischung zu messen.
Schweben und Verschmelzen der Tropfen
Die Forschenden verwendeten ein Ultraschall-Phased-Array, um zwei identische Tropfen in der Schwebe zu halten und zu verschmelzen. Diese Technik ermöglichte eine präzise Kontrolle über die Position und Bewegung der Tropfen.
Verfolgung der Fluoreszenzpartikel
Rote und grüne Fluoreszenzpartikel wurden in die Tropfen eingebracht. Durch die Erfassung der Bewegung dieser fluoreszierenden Partikel mit einer Hochgeschwindigkeitskamera konnten die Forschenden die Flüssigkeitsströmungen verfolgen und die Durchmischung innerhalb der Tropfen visualisieren.
Analyse der Flüssigkeitsströmung
Durch die Analyse der Bewegung der fluoreszierenden Partikel erlangten die Forschenden wertvolle Erkenntnisse über die Flüssigkeitsströmung und Durchmischung innerhalb der schwebenden Tropfen.
Interfaciale Vibration vs. Molekulare Diffusion
Die Forschenden stellten fest, dass die Durchmischung durch interfaciale Vibration gegenüber der molekularen Diffusion überwog. Dies bedeutet, dass die Oberflächenvibrationen während des Verschmelzens der Tropfen einen größeren Einfluss auf die Flüssigkeitsströmung und Durchmischung innerhalb der Tropfen hatten im Vergleich zur molekularen Diffusion.
Auswirkungen auf Lab-on-a-Drop-Geräte
Diese Forschung hat vielversprechende Auswirkungen auf die Verbesserung von Lab-on-a-Drop-Geräten. Lab-on-a-Drop-Geräte sind mikrofluidische Plattformen, die kleine Tropfen als Behälter für verschiedene chemische und biologische Experimente verwenden. Die Fähigkeit, Flüssigkeitsströmungen innerhalb dieser Tropfen sichtbar zu machen und zu kontrollieren, kann die Effizienz und Genauigkeit solcher Geräte erheblich verbessern.
Schlussfolgerung
Die von den Forschenden der Universität Tsukuba entwickelte Visualisierungstechnik bietet einen bahnbrechenden Ansatz, um Flüssigkeitsströmungen und -verteilungen in schwebenden Tropfen zu verstehen. Durch den Einsatz von fluoreszierenden Partikeln und Hochgeschwindigkeitskameras konnten sie Flüssigkeitsbewegungen verfolgen und die internen Strömungen, die durch Oberflächenvibrationen während des Tropfenverschmelzens entstehen, aufdecken. Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten für weitere Fortschritte in Lab-on-a-Drop-Geräten und hat das Potenzial, das Feld der Strömungsmechanik zu revolutionieren.
