Du kanske aldrig har hört talas om kapilläreffekten, men det är något du hanterar varje gång du torkar upp ett spill eller lägger blommor i vatten. Wouter van der Wijngaart har tillbringat större delen av sitt liv med att fundera över detta fenomen, som gör det möjligt för vätska att strömma genom trånga utrymmen som fibrerna i ett tyg, eller uppåt genom stjälkarna på blommor, utan hjälp av gravitation eller andra krafter.

Nu, för första gången, han och ett team av forskare, från Kungliga Tekniska Högskolan i Sverige, har hittat ett sätt att helt kontrollera kapillärverkan, och de har designat en enhet som utnyttjar den för möjlig användning i biotekniska tillämpningar som biomolekylär analys och hantering av kroppsvätskor.

"Kapillaritet är ett mycket vanligt fenomen som vi nu har dissekerat till dess detaljer och förvandlat till en ingenjörsanordning, det är, en enkel pump som vi helt kontrollerar, säger van der Wijngaart, professor vid KTH.

Kapillärflöde är oberoende av gravitationen. Faktiskt, den agerar faktiskt i opposition till gravitationen. "Jag har pysslat om kapilläritet sedan jag var 14, när vi fick veta om det i skolan och jag ställde frågor som mina lärare inte kunde svara på, " säger van der Wijngaart. "Jag undrade varför vatten som strömmar mot gravitationen inte kunde användas för att skapa en perpetuum mobile (en rörelse som fortsätter i det oändliga), och idag ber jag mina elever varje år att förklara detta."

Fenomenet är ett samspel mellan två slags krafter, sammanhållning och vidhäftning. Kohesion är attraktionen mellan liknande typer av partiklar, såsom vattenmolekyler. Och vidhäftning är attraktionen mellan olika sorters partiklar, såsom vatten och fibrerna i en handduk. När vidhäftningen är starkare än sammanhållningen, kapillärverkan inträffar.

Hastigheten för kapillärflödet påverkas fortfarande av en vätskas viskositet och geometrin och ytenergin på ytorna på kanalerna genom vilka den strömmar. Än, efter fem års studier, forskarna har lyckats göra dessa variationer försumbara. I en serie om tre publikationer, de visade först hur man gör flödet konstant i tiden; då oberoende av viskositet; och, till sist, oberoende av ytenergin.

Rapportering inom Microsystems &Nanoengineering, forskarna testade pumpar av sin nya design med en mängd olika provvätskor, inklusive vatten, olika prover av helblod, olika urinprover, isopropanol, mineralolja och glycerol. Kapillärfyllningshastigheterna för dessa vätskor varierar med mer än en faktor 1000 när de insugs av en glaskapillär av standardtyp med konstant tvärsnitt, säger van der Wijngaart.

Däremot den nya pumpdesignen resulterade i flödeshastigheter i ett praktiskt taget konstant område med en variation på mindre än 8 %, forskarna rapporterar.