Forskare vid University of Illinois i Chicago kunde inte sluta tänka på spinning, vibrerande verktyg på en tandläkarmottagning som förvandlar vatten till dimma och får det att flyga upp i luften. Om dimman innehåller ett virus eller någon annan patogen, det är en hälsorisk för tandläkare och patienter.

I en tidning som publicerades denna vecka i Vätskors fysik , Alexander Yarin och hans kollegor upptäckte att krafterna från ett vibrerande verktyg eller en tandläkares borr inte matchar de viskoelastiska egenskaperna hos livsmedelsgodkända polymerer, såsom polyakrylsyra, som de använde som en liten blandning till vatten i tandvårdsmiljöer.

Deras resultat var överraskande. Inte bara eliminerade en liten blandning av polymerer aerosolisering helt, men det gjorde det med lätthet, uppvisar grundläggande polymerfysik, såsom spolsträckövergång, som tjänade det avsedda syftet vackert.

De testade två FDA-godkända polymerer. Polyakrylsyra visade sig vara effektivare än xantangummi, eftersom utöver dess höga töjningsviskositet (höga elastiska spänningar vid sträckning), den visade en relativt låg skjuvviskositet, vilket gör det lätt att pumpa.

"Vad som var förvånande är att det allra första experimentet i mitt labb fullständigt bevisade konceptet, " sa Yarin. "Det var fantastiskt att dessa material kunde så enkelt och fullständigt undertrycka aerosolisering av tandverktyg, med betydande tröghetskrafter inblandade. Ändå, de elastiska krafterna som genererades av små polymertillsatser var starkare."

Deras studie dokumenterade den våldsamma explosionen av fickor med vatten som tillförs tänder och tandkött som tandverktyget aerosoliserar. Spraydimman som följer med ett tandläkarbesök är resultatet av att vatten stöter på snabba vibrationer av ett verktyg eller centrifugalkraften från en borr, som spränger vatten i små droppar och driver fram dessa.

Polymerblandningen, när den används för bevattning, undertrycker skurar; istället, polymermakromolekyler som sträcker sig som gummiband begränsar vattenaerosolisering. När spetsen på ett vibrerande verktyg eller tandborr störtar ner i polymerlösning, lösningen tränger in i ormliknande trådar, som dras tillbaka mot spetsen av verktyget, förändrar den vanliga dynamiken som ses med rent vatten inom tandvården.

"När droppar försöker lossna från en flytande kropp, droppsvansen sträcks ut. Det är där de betydande elastiska krafterna förknippade med spiralsträckningsövergången hos polymermakromolekyler kommer in i bilden, " sa Yarin. "De undertrycker svansförlängning och drar droppen tillbaka, helt förhindrar aerosolisering."