Новый распылитель с взбивающейся струей контролирует движение аэрозолей

Аэрозоли в данном случае — это не баллончики с освежителем воздуха для вашего санузла, а крошечные частицы, которые могут оказывать значительное влияние на климат Земли и здоровье человека.

Например, эти микрокапельки могут отражать поступающий солнечный свет обратно в космос, способствуя охлаждению планеты. Или их можно использовать для введения лекарств в легкие, особенно при лечении респираторных заболеваний.

Таким образом, возможность более точно контролировать движение аэрозолей имеет огромное значение для фармацевтических наук и исследования климата. Наука об аэрозолях также является ключевым аспектом многих отраслей промышленности, от автомобилестроения до производства продуктов питания.

Теперь ученые опубликовали исследование, описывающее прорывное устройство — новый распылитель аэрозолей с взбивающейся струей, который относительно недорог в создании и эксплуатации.

Мы создали уникальную, стабильную, газонаправленную взбивающую струю, которая не использует электричество, — говорит ведущий автор исследования Санкар Раджу Нараянасами, доктор философии, научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, а также сотрудник Лаборатории Беркли и Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

«Эта разработка станет важным достижением, которое может иметь широкий спектр применения», — говорит Нараянасами, который проводил исследование в качестве стипендиата BioXFEL — исследовательского консорциума, финансируемого Национальным научным фондом США и возглавляемого Университетом Буффало, Институтом медицинских исследований Хауптмана-Вудварда (HWI) и партнерскими учреждениями.

Мартин Треббин, доктор философии, доцент кафедры химии в Колледже искусств и наук Университета Буффало (SUNY Empire Innovation), является соавтором исследования.

Он говорит, что «мелкие монодисперсные аэрозоли с контролируемыми размерами полезны в приборах для работы с образцами, таких как масс-спектрометры, рентгеновские лазеры на свободных электронах (XFELs) и крио-электронная микроскопия, которые используются для изучения био-макромолекул в рамках структурного анализа и открытия лекарств».

Треббин, который говорит, что исследование является «важным достижением в области гидродинамики и микрофлюидики», работает в Институте UB RENEW и занимает должность в Научно-техническом центре BioXFEL.

Исследование опубликовано 11 января в журнале Cell Reports Physical Science.

Исследование знаменует собой прогресс третьего поколения в технологии жидкостных струй. Впервые цилиндрические жидкостные струи появились в 1998 году, а плоские жидкостные струи — в 2018 году.

Новая взбивающая струя является первой в своем роде, поскольку она производит однородные капли в двумерном профиле, говорит соавтор исследования Хой-Йинг Н. Холман, доктор философии, директор программы визуализации синхротронной инфракрасной структурной биологии Беркли в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

За последние 20 лет ученые для точного управления движением аэрозолей испробовали множество способов, таких как пьезоэлектрическое возбуждение или локальный нагрев. Однако применение этих методов ограничено, поскольку они, как правило, изменяют образцы, которые ученые используют для изучения аэрозолей. Особенно это касается биологических образцов.

В исследовании ученые обсуждают важную роль, которую сыграла в их работе аналитическая гидродинамика — отрасль механики жидкости, использующая численный анализ и структуры данных для анализа и решения проблем, связанных с потоками жидкости.

Это включает в себя объяснение диаметра струи, режима взбивания и угла распространения» устройств, говорит Рамакришна Васиредди, доктор философии, один из первых авторов и научный сотрудник SOLEIL, французского синхротронного центра в Париже.

Он добавляет:

Это явление дополнительно охарактеризовано в эксперименте путем измерения угла по отношению к скорости потока, расстояния между каплями, формы капель и воспроизводимости этих параметров.

В исследовании команда также объясняет, как изготовить относительно недорогие устройства.

22.01.2023