Rengöring och desinficering av livsmedelsutrustning kräver användning av kemikalier och rikliga mängder vatten för att skölja bort dessa kemikalier. Det är möjligt - om det kan göras på rätt sätt - att skapa mikroskopiska bubblor i vatten kan minska eller eliminera behovet av dessa kemikalier.

En Purdue University-studie kan ha nyckeln till att exakt och konsekvent producera mikrobubblor som kan användas för rengöring, samt skum som används i livsmedel, snabba DNA- och proteinbedömningar, förstöra farliga bakterier och mer. I journalen Vetenskapliga rapporter , Carlos Corvalan, en docent i livsmedelsvetenskap, och Jiakai Lu, en före detta postdoktor i Corvalans labb, beskriva de hastigheter med vilka porer gjorda i filmer stängs, vilket är jämförbart med liknande processer när bubblor bildas.

"När man injicerar luft från en nål i en bubbla, bubbelhalsen fortsätter att tunnas ut och bubblan bildas, sa Lu, som nu är biträdande professor i livsmedelsvetenskap vid University of Massachusetts Amherst. "Att förstå kollapsen av en por kommer att hjälpa oss att förstå den nypa punkten för bubbelgenerering."

När en por eller ett hål bildas i en vätska, den har två alternativ och kommer att utvecklas mot den som använder minst energi. Om hålet är stort, den fortsätter att expandera. Mindre hål kollapsar, stänga sig själva.

Att förstå hastigheten med vilken dessa porer stängs har varit svårfångade eftersom, när ett hål kollapsar, dess krökning blir oändlig och en singularitet bildas.

"Detta berör ett djupt problem inom fysiken, " sa Corvalan. "När den singulariteten bildas, ekvationerna som styr processen fungerar inte längre. Vi hittade sätt att gå runt det här problemet för att förutsäga när hålet kommer att kollapsa och använda det för att förutsäga volymen på mikrobubblorna och den tid det kommer att ta att bilda dem."

I trögflytande vätskor, porerna stängs med konstant hastighet. Men i vatten, när en por stängs, hastigheten med vilken den stängs fortsätter att accelerera. För vätskor med medelviskositet, poren börjar stängas i en ständigt ökande takt, men vid en viss punkt blir den hastigheten konstant tills poren stänger.

Använda beräkningsmodeller med hög kvalitet, Corvalan och Lu förutspådde punkten då hastigheten ändras från ständigt ökande till konstant. Med hjälp av den informationen, Corvalan och Lu kan informera om designen av pumpar som skapar rätt storlek på bubblor.

"Även om vi har en singularitet, hastigheten för kollapsen blir i princip konstant, " sa Corvalan. "Om vi ​​vill kontrollera volymen av mikrobubblor, vi skulle behöva bestämma när bubblans hals skulle kollapsa. Nu kan vi förutsäga när det kommer att kollapsa, och vi kan kontrollera deras bildande."