Электрические поля могут ошарашивая

Исследователи из MIT обнаружили явление, которое может быть использована для управления движением мельчайших частиц, взвешенных в суспензии. Этот подход, который требует простого применения внешнего электрического поля, в конечном итоге может привести к новым способам выполнения определенных производственных или медицинских процедур, которые не требуют разделения мелких взвешенных веществ.

Эти выводы основываются на версии электрокинетические явления, что дает подводные камни их кривой, известной как эффект Магнуса. Закари Шермана кандидат ’19, сейчас постдок в Университете штата Техас в Остине, и профессор Массачусетского технологического института химического машиностроения Джеймс Свон описать новое явление в статье, опубликованной в журнале письма в ЖЭТФ.

Эффект Магнуса приводит вращающийся объект тянут в направлении, перпендикулярном его движению, как в бейсболе; он основан на аэродинамических сил и работает на макроскопическом — т. е. на легко видимые объекты, но не на более мелкие частицы. Новые явления, вызванные электрическим полем, может продвинуть частиц до нанометровых масштабах, перемещая их вдоль в контролируемом направлении без какого-либо контакта или движущихся частей.

Открытие того, как Шерман был тестирует новое программное обеспечение моделирования для взаимодействия мельчайших наноразмерных частиц, которые он разрабатывал, в магнитных и электрических полей. Тестовый случай он изучал предполагает размещение заряженных частиц в электролитический жидкости, жидкости с ионов или заряженных атомов или молекул в них.

Он был известен, он говорит, что, когда заряженные частицы нескольких десятков до сотен нанометров находятся в жидкости, они остаются подвешенными в нем, а не оседает, образуя коллоид. Затем кластерных ионов вокруг частиц. Новое программное обеспечение успешно имитировали этот ионных кластеров. Далее, он моделируется электрическое поле через материал. Это можно было бы ожидать, чтобы вызвать процесс, называемый электрофорезом, которое бы продвинуло частиц вдоль направления приложенного поля. Опять же, программное обеспечение правильно смоделированный процесс.

Затем Шерман решил подтолкнуть его дальше, и постепенно увеличивают силу электрического поля. «Но потом мы увидели эту забавную вещь», — говорит он. «Если поле было достаточно сильным, вы бы получили нормальный электрофорез на чуть-чуть, но потом коллоидов бы самопроизвольно начинают вращаться.» А вот где эффект Магнуса приходит.

Не только частицы вращаются в симуляторах, как они двигались вместе, но «эти два движения в сочетании вместе, и спиновая частица будет отклоняться от своего пути», — говорит он. «Это странно, потому что вы прикладываете силу в одном направлении, и тогда дело переходит в ортогональную [прямоугольный] направлении, что вы указали.» Это прямо аналогично тому, что происходит аэродинамически с крутящимися шариками, говорит он. «Если бросить крученый мяч в бейсболе, он идет в направлении, куда вы его бросили, но потом он тоже сходит. Так что это своего рода микроскопическая версия, что известный макроскопический эффект Магнуса».

Когда приложенное поле было достаточно сильным, заряженные частицы принял на сильное движение в направлении, перпендикулярном к полю. Это может оказаться полезным, говорит он, потому что с электрофорезом «частица перемещается в направлении одного из электродов, и вы столкнулись с этой проблемой, где частица будет двигаться и тогда он будет работать на электрод, и он перестанет двигаться. Так что вы не можете создать непрерывное движение с электрофорез».

Вместо этого, поскольку это новый эффект идет под прямым углом к прикладной области, это может быть использовано, например, для приведения в движение частиц вдоль микроканала, просто поместив электроды на верхней и нижней. Что, кстати, говорит, частица будет «просто двигаться вдоль канала, и он никогда не наткнуться на электроды.» Что делает его, говорит он, «на самом деле более эффективным способом, чтобы направить движение микроскопических частиц».

Есть два разных вида примеры процессов, при которых эта способность может пригодиться, — говорит он. Один из них-использование частиц для доставки своего рода «груз» к определенному месту. Например, частицы могут быть прикреплены к лечебный препарат «и вы пытаетесь получить его на целевой сайт, который должен этот препарат, но вы не можете получить там препарат напрямую», — говорит он. Или частицы могут содержать какой-то химический реагент или катализатор, который должен быть направлен на конкретный канал, чтобы выполнять свою нужную реакцию.

Другой пример является своего рода инверсией этого процесса: собирание какой-то целевой материала и вернуть его. Например, химической реакции создать продукт может также генерировать много нежелательных побочных продуктов. «Итак, вам нужен способ, чтобы получить продукт», — говорит он. Эти частицы могут быть использованы для захвата продукта, а затем быть извлечены с помощью приложенного электрического поля. «Таким образом, они действуют как маленькие пылесосы», — говорит он. «Они подбирают то, что вы хотите, и затем вы можете переместить их куда-нибудь, а потом выпустить продукт, где это легче собирать.»

Он говорит, что этот эффект следует применять для широкого спектра размеров частиц и частиц материалов, и команда продолжит изучать, как различные свойства материалов влияют на скорость вращения или скорость перевода этого эффекта. Основным явлением должно применяться практически любые сочетания материалов на частицы и жидкость они подвешены в, как отличаются друг от друга с точки зрения электрической свойство диэлектрической проницаемости.

Исследователя посмотрели материалов с очень высокой диэлектрической проницаемостью, например, частиц металла, взвешенных в гораздо меньшей-проводящих электролитов, такие как вода или масла. «Но вы могли бы также быть в состоянии видеть это с двумя любыми материалами, которые имеют контраст» диэлектрической проницаемости, Шерман говорит, например, два масла, которые не смешиваются и таким образом формируют взвешенных капелек.

сделать разницу: спонсорские возможности