En sekvens visar utvecklingen av dubbelsidig skumgenerering i en mikrofluidisk enhet skapad vid Rice University. När bubblor kommer in, de klämmer föregående bubbla i två innan de blir en vägg mot vilken nästa bubbla kommer att klämmas. Kredit:Biswal Lab/Rice University
Det är lätt att göra bubblor, men försök att göra hundratusentals av dem i minuten - alla lika stora.
Ingenjörer från Rice University kan göra det och mycket mer. Ris kemikalie- och biomolekyläringenjör Sibani Lisa Biswal och huvudförfattare och doktorand Daniel Vecchiolla har skapat en mikrofluidisk enhet som pumpar ut mer än 15, 000 mikroskopiska bubblor i sekunden och kan ställas in för att göra dem till en, två eller tre olika storlekar.
Arbetet fanns på omslaget till tidskriften Royal Society of Chemistry Mjuk materia möjliggör anpassningsbara, "våta" skum i små mängder för applikationer som inkluderar kemiska och biologiska studier.
Det bästa är att bubblorna själva gör den svåra delen.
En film som visar mekanismen visar långsträckta bubblor som skjuter genom ett rör in i en ingångskanal. Varje pilliknande bubbla rör sig med tillräckligt med kraft för att dela bubblan framför den, men pilen förblir intakt. Den tar plats mellan de nya "dotter"-bubblorna och blir en "vägg" som håller nästa bubbla på plats för klyvning. På det sättet, bara varannan bubbla som kommer in i expansionen delar sig från krafterna mellan bubblorna.
En illustration visar mekanismen genom vilken skum med bubblor i två olika storlekar skapas i en mikrofluidanordning. Ingenjörer från Rice University upptäckte tekniken för att göra skum med bubblor i två eller tre olika storlekar. Upphovsman:Eric Vavra/Biswal Lab
Vecchiolla beskrev processen som "metronomisk, "fästingen är en bubbla som splittras och takken en bubbla som förblir hel.
När ingången är centrerad och alla andra parametrar - typen av vätska, dess viskositet, flödeshastigheten och kanalens bredd – är rätt, enheten fylls med stora bubblor i mitten och två led av identiska, mindre bubblor längs kanterna. När ingången är offset, strömmen producerar bubblor i tre storlekar.
"Det finns intresse för att använda monodisperse bubblor för materialapplikationer och miniatyriserade reaktorer, så det har gjorts en hel del studier om generering av likformiga gasbubblor, ", sa Biswal. "Men det har varit väldigt få som tittat på att använda närliggande bubblor för att skapa dessa dotterbubblor. Vi kan generera välordnade skumsystem och kontrollera storleksfördelningen. "
En animerad gif visar hur bubblor som genereras i en mikrofluidisk enhet "nypar" varandra när de skapar ett skum. Rice Universitys ingenjörer gjorde enheten för att generera skum med bubblor i två eller tre olika storlekar. Kredit:Biswal Lab/Rice University
Nya alumnen Vidya Giri hjälpte till att skapa mikrofluidkanalerna, som är cirka en tjugondels tum breda med en matarkanal på cirka 70 mikron.
Biswal är docent i kemisk och biomolekylär teknik och materialvetenskap och nanoengineering. National Science Foundation stödde forskningen.
