Исследователи разработали метод уплотнения различных частиц или формы пузырьков внутри цилиндра за счет использования центростремительной силы вращающейся жидкости. Из-за этой силы жидкость с более высокой плотностью выталкивается наружу, а материал с более низкой плотностью перемещается к центру.
По мере вращения более плотной (тяжелой) жидкости более легкие частицы внутри цилиндра собираются в трубчатую сборку. Предыдущие трубчатые узлы изучались совершенно иначе, например, штамповочные рамы.
Создание трубчатых кристаллов в неравновесных условиях вращающейся системы отсчета – принципиально новая попытка их самосборки. Используя этот метод, можно сделать трубчатые кристаллы из двух видов частиц, чего раньше не делали.
Первый автор, Ли Тэ Хун, аспирант, сказал: «Это исследование можно распространить на различные системы, включая мягкие объекты, такие как пузыри или, возможно, даже живые клетки.«Считается, что эта работа будет способствовать созданию микрокомпозитов различной формы, в которых частицы могут достигать коллоидных размеров, что сделает эти структуры полезными, например, в приложениях фотоники.
При проведении такого рода экспериментов традиционно приходилось иметь дело с проблемами, вызванными гравитацией. Когда присутствует гравитация, происходит осаждение, что привело к некоторым исследованиям, проведенным на Международной космической станции, где гравитация удалена из уравнения. «Что нам удалось сделать с помощью вращающихся жидкостей, так это эффективно отключить гравитацию, потому что мы победили ее против выталкивающей силы.
Гравитация присутствует всегда, но мы ввели силу, которая ей точно соответствует. В некотором смысле мы можем провести эксперимент на Земле, который обычно требует открытого космоса и условий невесомости."объясняет Бартош Гржибовски, который руководил исследованием.
Теперь, когда ученые могут управлять группами частиц с помощью вращения, они сосредоточатся на управлении отдельными частицами. Можно перемещать одиночную частицу в трехмерном пространстве с помощью лазера (оптический пинцет) или магнитов (магнитные ловушки), но оба метода требуют громоздких устройств. Бартош Гржибовски объясняет: «Если вы хотите поймать частицу и переместить ее в желаемое место в 3D, обычно требуется довольно много оборудования.
Но теперь мы знаем, как управлять небольшими объектами потоками жидкости во вращающейся системе отсчета, как манипулировать частицами в 3D и на самом деле позиционировать их, как будто с помощью пинцета, хотя у нас нет пинцета."Помимо изучения воздействия на твердые частицы, их исследования формы пузырьков приводят к экспериментам на все более мелких элементах; ячейках. Способность мягко прикладывать силы к мягким объектам потенциально может привести к контролю функции клеток, сохраняя при этом эти клетки живыми.