Ett team av fysiker har utvecklat en metod för att generera och självorganisera vätskor till väldefinierade mönster, ett genombrott som erbjuder potentiella nya vägar för utveckling av mer sofistikerade läkemedel och andra konsumentprodukter.

Proceduren, beskrivs i det senaste numret av tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences , fokuserar på att göra droppar, som är en blandning av två eller flera oblandbara, eller oblandbar, vätskor – i det här fallet, olja, vatten, och alkohol. Dessa droppar avblandas spontant för att bilda flera lager i ett mönster som är oberoende av droppens storlek - men beroende av avblandningshastigheten.

"Vår teoretiska förståelse tillåter oss att designa emulsioner som liknar ryska häckande dockor, för att sedan poppa ut dem stegvis, eller jämnt fördelade, sätt, " förklarar Jasna Brujic, en professor vid New York Universitys institution för fysik och motsvarande författare. "Förmågan att manipulera dessa vätskor skapar potentialen att utveckla vatten- och oljelösliga läkemedel."

Tidningens andra medförfattare är Pepijn Moerman, en forskare vid NYU:s Center for Soft Matter Research vid tidpunkten för studien och nu vid Nederländernas Utrecht University, Eric Vanden-Eijnden, en professor vid NYU:s Courant Institute of Mathematical Sciences, och Pierre Hohenberg, en professor emeritus vid NYU:s institution för fysik.

Att separera vätskor är en komplex process involverad i att organisera underavdelningarna i celler och är avgörande för skapandet av välkända produkter, såsom läkemedel eller kosmetika, som är sammansatta av emulsioner.

Dock, att utveckla enhetlighet i formen och kontrollera deras rörelser representerar vetenskapliga utmaningar - avblandning av vätskor leder vanligtvis till blobbar av alla former, inte olikt hur oljedroppar sprider sig i en mängd former och storlekar i en kokande kastrull med vatten.

För att möta dessa utmaningar, forskarna placerade vätskorna i en begränsad geometri – en droppe eller ett tunt strå – så att avblandningen börjar vid kanten och fortplantar sig inåt. När avblandningsvågen passerar, vätskorna segregeras till ränder, vars längd beror på vågens hastighet och den tid det tar för segregationsprocessen. Båda dessa parametrar kan ställas in i experimentet, gör det möjligt för forskarna att utforma emulsioners inre struktur.

Den teoretiska modellen överensstämmer med data, forskarna noterar, och även korrekt förutsäger livslängden för varje lager, vilket ger upphov till en stegvis frisättning av inre droppar.