Det är ett föga känt faktum att små partiklar som blodkroppar glider i sidled när de rör sig förbi en grov yta, men denna egenhet har dragit mycket uppmärksamhet från forskare som löser industriella problem.

Varför? För om ingenjörer kan låsa upp reglerna bakom denna lilla rörelse kan industrier använda dem för att isolera biologiska prover, upptäcka och diagnostisera sjukdomar eller sortera syntetiska partiklar.

Nu är Danielle Chase, en femteårsstudent vid Princeton Engineering, och Christina Kurzthaler medförfattare till en artikel i Proceedings of the National Academy of Sciences som erbjuder den första allmänna modellen som beskriver samspelet mellan mönstrade ytor och sedimenterande partiklar.

Chase, med råd av professor Howard Stone, arbetade nära Kurzthaler, en före detta postdoktor i Stones labb och nu en forskargruppsledare vid Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems. Tillsammans satte de fast systemets "regler" så att forskare kan förutsäga hur deras design kommer att fungera istället för att använda trial-and-error.

"Det var tillfredsställande att äntligen förstå mekanismen som orsakar de spiralformade banorna och den övergripande driften och att ha en hydrodynamisk modell som beskrev våra experimentella observationer så att vi kunde förutsäga vad som skulle hända om, säg, någon försökte separera två objekt av olika storlekar." sa Chase.

Utöver själva prestationen sa Chase att hon njöt av känslan av öppen upptäckt och samarbete. Chase designade och byggde de fysiska experimenten medan Kurzthaler utvecklade den teoretiska modellen som beskriver beteendet.

Chase sa att Stone, Donald R. Dixon '69 och Elizabeth W. Dixon professor i mekanik och rymdteknik, aldrig dikterade den exakta riktningen för forskningen, men var mycket stödjande till alla aspekter av projektet.

Istället uppstod frågorna som Chase och Kurzthaler ställde sig från deras delade nyfikenhet på vad de observerade, inklusive partiklarnas överraskande spiralformade rörelse. "Våra observationer ledde till fler frågor," sa Chase. "Det hjälpte oss att hitta mer intressanta aspekter av systemet, som hur formen på mönstren påverkar partikelrörelsen."

Medan tidigare forskare använde experimentella uppställningar för att observera partiklar som strömmar genom tunna kanaler, blev Chase och Kurzthaler av med väggarna förutom en mönstrad yta. Detta gjorde det möjligt för dem att begränsa variablerna och fokusera bara på partikeln och ytan.

"Jag tror att det vi lärde oss i slutändan verkligen gynnades av att vi båda hade olika förhållningssätt till problemet," sa Chase. "Att ha en teori hjälper till att utforma bra experiment och att ha mätningar hjälper till att bekräfta teorin."

Nu nära att avsluta sitt doktorandarbete är Chase glad över att fortsätta forskningen inom vätskedynamik. "Ju mer du lär dig, desto fler frågor hittar du," anmärkte hon. + Utforska vidare

Forskare hittar det bästa sättet för bakterier att navigera i labyrintliknande miljöer