15:4520.04.15

Турбулентность против рака

Турбулентность против рака

Метод, который разработали ученые под руководством профессора МГУ, поможет эффективно диагностировать онкологические и инфекционные заболевания и поспособствует развитию синтетической химии.
Многие проблемы, связанные с перемешиванием жидкости в микроканалах, можно решить, правильно «организовав» неоднородное скольжение на стенках этих каналов. К такому выводу пришла объединенная группа российских и немецких исследователей, которую возглавила профессор физического факультета Московского государственного университета Ольга Виноградова. Разработанная группой теория была опубликована в последнем номере журнала Physical Review E, импакт-фактор которого составляет 2,3.
Эта работа относится к сфере микрофлюидики - многообещающей и быстро развивающейся междисциплинарной области исследований, изучающей течение жидкости в микроканалах. Микрофлюидика особенно востребована в химии и биомедицинских исследованиях, где возникает необходимость провести химический синтез малых доз вещества или выполнить разделение частиц биоматериала.
«Микрофлюидика лежит в основе так называемых лабораторий на чипе - миниатюрных приборов, позволяющих осуществлять многостадийные химические процессы, включающие химические реакции, перемешивание, концентрирование и сепарацию на одном чипе размером с маленькую монетку, - рассказала Ольга Виноградова. - Такие системы перспективны не только в качестве микрореакторов в синтетической химии, но и в качестве портативных аналитических устройств, например, для диагностики онкологических и инфекционных заболеваний».
Одной из проблем, с которой сталкиваются исследователи при работе с микроканалами, является затрудненное перемешивание жидкостей. Дело в том, что течение в таких каналах является ламинарным, то есть слоистым. При ламинарном течении отсутствует конвекция, поэтому жидкости смешиваются очень медленно, лишь за счет диффузии.
Физикам удалось найти простое решение проблемы, основанное на использовании супергидрофобных поверхностей. Такие поверхности изготавливаются из гидрофобного (водоотталкивающего) материала и при этом являются микрошероховатыми. В результате в углублениях текстуры супергидрофобной поверхности удерживаются микропузырьки воздуха. Наличие такой «воздушной подушки» делает супергидрофобную поверхность очень скользкой.
В данной работе ученые предложили использовать супергидрофобную текстуру в виде параллельных бороздок, повернутых под некоторым углом к оси канала, причем на верхней стенке бороздки были повернуты вправо, а на нижней - влево. Такие бороздки придали стенкам канала анизотропные свойства: вдоль них жидкость течет быстрее, чем поперек. Кроме того, оказалось, что помимо основного потока вдоль оси канала возникает вторичное сдвиговое течение жидкости в поперечном направлении. В результате вблизи стенок жидкость начинает немного закручиваться, подобно тому, как пуля закручивается, двигаясь по нарезному стволу винтовки. Исследуя образовавшийся вихрь, ученые обнаружили очень интересный эффект:
«Если жидкость движется очень медленно, то в канале образуется единый, очень вытянутый поперечный вихрь, - рассказала Татьяна Низкая, соавтор статьи из ИФХЭ РАН. - Однако уже при повышении скорости течения жидкость начинает «заносить» на поворотах».
«На этот вихрь накладывается множество мелких, ограниченных соседними бороздками, то есть в потоке создается искусственная турбулентность, - уточнил Евгений Асмолов, соавтор статьи из ИФХЭ РАН и ЦАГИ. - Такие течения могут оказаться полезными для перемешивания жидкостей или для разделения частиц разного размера».
Вместе с соавторами из Университета Майнца (Германия) было проведено компьютерное моделирование предсказанного эффекта методом диссипативной динамики частиц. Ученые проанализировали траектории движения модельных частиц жидкости в микроканале и изучили зависимость формы и числа вихрей от скорости потока. По результатам моделирования авторы сделали вывод, что существует критическое значение скорости, при котором один большой вихрь разбивается на множество мелких, что в итоге приводит к новому эффективному механизму перемешивания жидкости.
«Уже существуют системы для эффективного перемешивания в микроканалах, основанные на использовании специального «узора» поверхности канала. Например, чтобы закрутить жидкость, специальные препятствия на дне канала располагают «в елочку». При этом вихрь возникает за счет боковых стенок, - резюмировала Татьяна Низкая. - Наш метод намного проще: достаточно лишь взять две супергидрофобные плоскости с полосками газа и повернуть их под углом друг к другу. Кроме того, разбиение вихря на много мелких позволяет осуществлять перемешивание одновременно по всей ширине канала».

Поделиться:

НОВОСТИ МУРМАНСКА И
МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

14:12Мурманские «моржи» подняли со дна Семеновского озера килограммы мусора

13:47Третий день в Мурманске ищут 15-летнюю девочку

13:30В Кандалакше и Оленегорске спасатели потушили пожары в домах

13:22В Мурманске подвели итоги международного фестиваля «Навстречу к звездам»

12:23Гречка в Мурманской области подешевела до 80 рублей

11:17В библиотеке Мурманска обсудят ироническое фэнтези и литературу ужасов

10:23В Заозёрске представят спектакль по пьесе «Анна Франк»

17:43Вылов трески в Северном бассейне вырос на 5 тысяч тонн

15:56К октябрю в мурманской «Лапландии» появится новый скалодром

14:19С острова в Кольском заливе эвакуировали пострадавшего при пожаре рыбака

14:12Волонтеры разыскивают 40-летнего мужчину из Колы

14:03В Мончегорске сгорел «квадрат» ЛЭП

13:55Найденную в Мурманске задушенную собаку хозяева разыскивали с 2017 года

13:22В поселке Нижнее Луостари потушили квартиру, в Апатитах - дом

13:03В Мурманском краеведческом музее выступят барабанщицы «Энергии ритма»

12:17Мурманская филармония приглашает на «Танец огня»

11:11«Ночь музеев» в Мурманске откроет выступление ансамбля «Созвучие»

10:21В ДК им. С.М. Кирова презентуют фильм о поморских хорах Мурманской области

09:27Зрителей театра кукол в Мурманске встретят герои «Золотого ключика»

06:46Синоптики обещают в Мурманской области до +18°, местами дождь

20:11Пенсионера из Кандалакши в общежитие избили молотком до сотрясения мозга

19:27В Никеле 21 мая отключат отопление

18:25В Печенге осудили двух сирийцев, пытавшихся пересечь границу с Норвегией

17:01У жителя Заполярного в гостях украли телефон Samsung

Все новости