Druppelbeweging manier voor manipulatie kwetsbare biologische samples

Twee druppels, die in banen over een ijskoud vloeistofoppervlak bewegen, trekken elkaar aan, maar draaien ook in banen om elkaar heen doordat ze wrijvingsloos op hun eigen damp 'schaatsen'.

Trefwoorden: #aantrekking, #druppel, #onderzoek, #Universiteit Twente, #wrijving

Lees verder

research

ENGINEERINGNET.BE - Dat voorwerpen in een vloeistof elkaar aantrekken en samenklonteren, staat ook wel bekend als het ‘Cheerios’ effect, genoemd naar het bekende ringvormige ontbijtgraan.

Toch zullen twee kogeltjes die in het water drijven, niet om elkaar heen gaan bewegen op de manier die nu wordt getoond door onderzoekers van de Nederlandse Universiteit Twente (zie ook video 1).

De wrijving is daarvoor veel te groot. Het grote verschil met de nieuw beschreven experimenten is dat de druppeltjes hier zweven op de damp die ontstaat door het temperatuurverschil van de druppel (kamertemperatuur) en de vloeibare stikstof eronder.

De druppel schaatst eigenlijk over het oppervlak, zoals een het 'schaatsenrijder' insect op water kan lopen. Met één druppel geeft dit al een opmerkelijk effect, zoals de onderzoekers in een eerdere publicatie aantoonden. Toch zou je nog steeds kunnen vermoeden dat twee druppels zich gaan gedragen als botsende biljartballen.

Dat ze om elkaar heen gaan draaien, heeft alles met de oppervlaktespanning te maken. Het gewicht van de ene druppel veroorzaakt een kuilvormige vervorming van het vloeistofoppervlak waardoor de rechtlijnige beweging van de andere druppel in een kromme baan wordt omgebogen.

Dit doet denken aan de algemene relativiteitstheorie waar een massa door kromming van de ruimtetijd de banen van andere massa's beïnvloedt en zo de beweging van de hemellichamen veroorzaakt.

De omstandigheden veranderen gaandeweg wel, want de druppel wordt steeds kouder, met gevolgen voor de snelheid en de interactie. En er ontstaat toch, hoe weinig ook, enige wrijving.

En dan houdt ook de vergelijking met de planeetbanen op: de baan ziet er eerder uit als een spiraalbaan, laten berekeningen en simulaties zien. Interessant, maar ook complex, is natuurlijk de vraag wat er gebeurt met nog veel méér druppels op het oppervlak (zie ook video 2).

De onderzoekers verwachten dat een gecontroleerde druppelbeweging een manier kan zijn om bijvoorbeeld kwetsbare biologische samples te verplaatsen en te manipuleren zonder dat ze eerst in een buisje te hoeven worden geplaatst met kans op verontreiniging. Tijdens de verplaatsing wordt het sample dan automatisch ingevroren.


(bron en foto: Universiteit Twente)

Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Physics of Fluids en het Max Planck – University of Twente Center for Complex Fluid Dynamics.

Klik hier om de paper ‘Capillary Orbits’ van Anaïs Gauthier, Devaraj van der Meer, Jacco Snoeijer en Guillaume Lajoinie uit Nature Communications te lezen.

Video 1:

Video 2: