Racjonalista - Strona głównaDo treści


Fundusz Racjonalisty

Wesprzyj nas..
Zarejestrowaliśmy
204.275.715 wizyt
Ponad 1065 autorów napisało dla nas 7364 tekstów. Zajęłyby one 29017 stron A4

Wyszukaj na stronach:

Kryteria szczegółowe

Najnowsze strony..
Archiwum streszczeń..

 Czy konflikt w Gazie skończy się w 2024?
Raczej tak
Chyba tak
Nie wiem
Chyba nie
Raczej nie
  

Oddano 683 głosów.
Chcesz wiedzieć więcej?
Zamów dobrą książkę.
Propozycje Racjonalisty:

Złota myśl Racjonalisty:
"Prawdziwa wiedza to znajomość przyczyn."
Nowinki i ciekawostki naukowe
Chemia
Zaskakujące struktury z mikrokropel zapowiadają nadejście nowych technologii (20-05-2015)

Niespodziewane kształty mezoatomów - struktur zbudowanych z mikrokropel w kroplach - zaobserwowano w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Odkrycie było możliwe dzięki nowej metodzie precyzyjnego kontrolowania rozmieszczenia kropelek jednej cieczy wewnątrz kropli innej cieczy. Realizowana za pomocą układów mikroprzepływowych, metoda ma szansę przenieść niektóre gałęzie medycyny i inżynierii materiałowej na nowy poziom.

W prestiżowym czasopiśmie fizycznym "Physical Review Letters" zespół naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie zaprezentował nową metodę kontrolowania kształtów struktur tworzących się z mikrokropel umieszczonych we wnętrzu innej kropli. Osiągnięcie znacząco zwiększa możliwości sterowania procesami samoorganizowania się materii. W trakcie badań naukowcom udało się także po raz pierwszy zaobserwować formowanie się mikrokropelkowych struktur o niespodziewanych kształtach.


Mezoatomy (struktury uformowane przez mikrokrople wody uwięzione w kropli oleju) wytworzone w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. (Źródło: IChF PAN)

O tym, że wewnątrz kropli jednej cieczy można umieścić pewną liczbę kropel innej, niemieszającej się cieczy, było wiadomo od dawna. Znany też był fakt, że w określonych warunkach wewnętrzne kropelki mogą się układać w stabilne struktury, nazywane mezoatomami. Dotychczas przyjmowano jednak, że kształty tych struktur zależą tylko od liczby formujących je kropelek. W rezultacie liczba możliwych do otrzymania mezoatomów była niewielka.

"My pokazaliśmy, że kształty struktur, w które samoczynnie układają się wewnętrzne kropelki, zależą nie tylko od ich liczby, ale także od wzajemnych proporcji ich objętości. Istnienie drugiego parametru znacząco wzbogaca możliwości formowania nowych mezoatomów. W efekcie mamy teraz do dyspozycji spontaniczny proces o bogatym potencjale, proces, którym potrafimy bardzo precyzyjnie sterować. Daje to również podstawy do myślenia o ciekawych zastosowaniach", mówi prof. dr hab. Piotr Garstecki (IChF PAN).

Stabilne struktury kropelek w kroplach wytwarza się w IChF PAN za pomocą układów mikroprzepływowych. Układy tego typu powstają zazwyczaj z dwóch płytek z tworzywa sztucznego. Na jedną płytkę nanosi się sieć starannie zaprojektowanych wyżłobień, druga pełni rolę "wieczka". Po sklejeniu obu płytek wyżłobienia stają się kanalikami o średnicach submilimetrowych, które wypełnia się cieczą nośną. Jeśli do wnętrza tak przygotowanego układu wstrzyknie się niewielkie porcje cieczy roboczej, niemieszającej się z cieczą nośną, w kanalikach uformują się wyraźnie kropelki. Ich ruch można teraz precyzyjnie kontrolować - wystarczy w tym celu odpowiednio sterować przepływami obu cieczy.

"W trakcie naszych badań w kanalik wypełniony olejem wstrzykiwaliśmy te same, niewielkie porcje zabarwionej wody, jedna tuż za drugą. Ponieważ olej nie miesza się z wodą, powstawał 'sznur' liczący od trzech do ośmiu niebieskich, praktycznie identycznych mikrokropelek. Ciekawe rzeczy zaczynały się dziać, gdy taki kropelkowy 'pociąg', płynący w oleju jednego rodzaju, wstrzykiwaliśmy do komory wypełnionej innym olejem, niemieszającym się z dwoma pozostałymi cieczami", mówi dr Jan Guzowski (IChF PAN; obecnie na Uniwersytecie w Princeton).

Napięcie powierzchniowe wstrzykniętego oleju powodowało, że zaczynał on formować kroplę. W trakcie tego procesu kropelki wody wewnątrz formującej się kropli oleju były poddawane znacznym siłom i przemieszczały się, a nawet deformowały, byle tylko zminimalizować energię opinającej je powierzchni. W zależności od konfiguracji - liczby kropelek w kropli oraz proporcji między objętościami wszystkich kropel - tak utworzony mezoatom mógł być niemal kulisty, lekko wydłużony, a nawet wyraźnie nieregularny. Prawdziwym zaskoczeniem okazały się jednak struktury zbudowane nawet z ośmiu kropelek wody ustawionych w linii, jedna za drugą, i tak silnie opiętych powierzchnią kropli oleju, że aż wyraźnie spłaszczonych.

"Konfiguracja, w której kilka kropelek ustawia się w linii, tylko pozornie wygląda na nietrwałą. Nasze obliczenia pokazują, że aby zlepić się w grudkę, ustawione w linii kropelki musiałyby 'po drodze' ulec deformacji wymagającej wkładu dodatkowej energii. Unoszący krople przepływ nie jest na to wystarczająco silny i w rezultacie krople tkwią w pierwotnym ułożeniu. Ostatecznie cała struktura wygląda jak zestaw kilku piłek tenisowych wepchniętych jedna po drugiej w ciasny rękaw koszuli", mówi dr Guzowski i podkreśla, że istnienie barier kapilarnych, uniemożliwiających samoistną rekonfigurację struktur z mikrokropel, zostało zaprezentowane po raz pierwszy.

Mezoatomy z kropelek w kroplach, otrzymane przez zespół z IChF PAN, miały rozmiary rzędu milimetra, a więc były stosunkowo duże. Powstawały dość wolno - zwykle pojedyncza struktura formowała się przez mniej więcej sekundę.

"Eksperymenty laboratoryjne łatwiej wykonywać na większych kroplach i w sposób umożliwiający ich łatwą obserwację", tłumaczy prof. Garstecki i zaznacza: "Nie ma jednak żadnych przeszkód, aby wielkość kropel zmniejszyć przynajmniej kilkadziesiąt razy. Co więcej, oddziaływania kapilarne, odpowiedzialne za formowanie się struktur z mikrokropel, zaczynają dominować w małych skalach. Spodziewamy się więc, że małe mezoatomy będą się tworzyć znacznie szybciej, a odsetek struktur o niepożądanych kształtach jeszcze zmaleje".

Kontrolowane wytwarzanie mezoatomów z kropel ma szczególne znaczenie dla inżynierii materiałowej. Materiały powstają bowiem nieco podobnie jak konstrukcje z klocków: są "składane" z wielu mniejszych "cegiełek" - zlepków ciasno upakowanych cząsteczek bądź atomów. Drobiny te są na ogół dość kuliste, co znacznie ogranicza możliwości ich rozmieszczania w przestrzeni. Tymczasem przy odpowiednim doborze substancji i metod, kropelki wewnątrz mezoatomów można byłoby na masową skalę utrwalać, a następnie osuszać w celu usunięcia zewnętrznej kropli. Z tak powstałych struktur można byłoby budować materiały o precyzyjnie zaplanowanej konstrukcji i niespotykanych właściwościach, np. materiały fotoniczne, które kierowałyby padające na nie fale świetlne w strony zależące od długości fal. Kolejnym niezwykle obiecującym obszarem zastosowań wydaje się transport leków w określone miejsca organizmu. Każda kropla w mezoatomie może przecież zawierać inne substancje lecznicze, uwalniane w różnych warunkach. Tak spreparowany, "inteligentny" pojemnik na leki mógłby w wybranym organie człowieka przeprowadzić całą, starannie zaplanowaną terapię lekową.

Badania nad formowaniem się mezoatomów z kropel sfinansowano ze środków europejskiego grantu ERC Starting Grant oraz programu Iuventus Plus Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

PUBLIKACJA NAUKOWA: "Droplet Clusters: Exploring the Phase Space of Soft Mesoscale Atoms"; J. Guzowski, P. Garstecki; Physical Review Letters 114, 188302 (2015); DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.188302

Źródło: Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk


Dodaj komentarz do wiadomości..

Nauka - sondaż Racjonalisty

 Neuroenhancement, czyli chemiczne wspomaganie pracy mózgu to:
sposób na optymalne wykorzystanie ludzkiego potencjału
pożyteczna dziedzina badań naukowych
kolejny krok ku dehumanizacji człowieka
chwyt marketingowy przemysłu farmaceutycznego
zwykła życiowa konieczność
nie mam zdania
  

Oddano 26283 głosów.


Reklama

Racjonalista wspiera naukę. Dołącz do naszych drużyn klikając na banner!
 
 
 
Więcej informacji znajdziesz TUTAJ
[ Regulamin publikacji ] [ Bannery ] [ Mapa portalu ] [ Reklama ] [ Sklep ] [ Zarejestruj się ] [ Kontakt ]
Racjonalista © Copyright 2000-2018 (e-mail: redakcja | administrator)
Fundacja Wolnej Myśli, konto bankowe 101140 2017 0000 4002 1048 6365