Forskare vid Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) har publicerat en vetenskaplig artikel som lägger grunden för att utveckla en mer exakt metod för att mäta ytviskositet i flytande filament och biologiska membran med viskösa ytor. Denna utveckling skulle kunna tillämpas i maten, läkemedels- eller biomedicinska industrier.

Flytande filament finns i olika sammanhang i vår vardag, som en ström av kranvatten, duschtvål eller mjölken vi lägger i vårt kaffe. På ett biologiskt plan, de är närvarande i processer som sker inuti organismer, "såsom vid sträckning och uppdelning av vesiklar, vid celldelning eller i de proteintäckta filamenten i celler, bland andra. Dessutom, de är avgörande i en mängd tekniker där exakt kontroll av droppproduktion krävs, såsom i 3D-utskrift och additiv tillverkning, till exempel.

Dessa flytande filament är i sig instabila på grund av deras ytspänning, vilket resulterar i en process där små störningar förstärks som gör att dropparna fragmenteras. Detta kan ses i salivfilament, till exempel, som bildas på våra läppar och så småningom utvisas i form av droppar under talet, eller i vattenbäcken i skurar som "går sönder" när det är väldigt smalt och slutar med att bilda små droppar. "Detta beror på att sfärer är den geometriska formen med den minsta ytan för en fast given volym, så att anta en sfärisk form minimerar ytenergin, " förklara Alejandro Martínez Calvo och Alejandro Sevilla Santiago från UC3M:s Fluid Mechanics Group.

I sin forskning, nyligen publicerad i Fysiska granskningsbrev tidning, de har teoretiskt och numeriskt studerat ett fall där filamentytan är trögflytande, som uppstår när ytan täcks av en koncentration av molekyler (vanligen kallade ytaktiva ämnen). I vissa fall, dessa typer av molekyler kan bilda en komplex struktur som ger ytan ett visst motstånd mot flöde, som visar sig genom ytviskositet.

Mätningen av koefficienten för ytviskositet för flytande filament och biologiska membran som består av dessa molekyler är en utmaning för tillfället, på grund av den fysiokemiska komplexitet som är förknippad med hydrodynamisk koppling av filamentets yta med dess inre. I deras arbete, forskarna har upptäckt ett nytt universellt ramverk där ytspänningen är i dynamisk jämvikt med ytans viskösa kraft, vilket resulterar i en exponentiell förtunning av filamentradien tills den slutar ta formen av droppar av sfäriska vesiklar, med ett tidsförfall som endast beror på ytegenskaperna, bland vilka är ytviskositeten.

Detta arbete skulle vara ett viktigt steg för utvecklingen av en icke-påträngande metod för mätning av viskositetskoefficienter som skulle ha en större noggrannhet än de som finns tillgängliga för närvarande. Nuvarande mätmetoder använder sig av rörliga mekaniska delar som förvränger gränssnittet, som kottar, tallrikar, cylindrar, eller ringar som placeras på ytan och flyttas runt på ett kontrollerat sätt. Dessa påträngande metoder skapar variationer i molekylkoncentration som ger upphov till ytelastiska krafter, utöver sina egna ytviskoskrafter som är avsedda att mätas. "I den här konfigurationen har vi studerat, förvrängningen av gränssnittet orsakas inte från utsidan av systemet genom mekaniska metoder utan sker spontant. Således, den mätteknik som skulle kunna utvecklas med vår idé skulle vara icke-påträngande, eftersom det skulle vara tillräckligt att mäta hastigheten med vilken glödtråden förvrängs med hjälp av fotografiska tekniker, " konstaterar forskarna.