Вы когда-нибудь пробовали наклонить жидкость в стакане? Как бы вы ни наклоняли стакан, поверхность воды всегда останется горизонтальной — разве что у самых краев появится едва заметный изгиб. Это и есть мениск, крошечная волна, рожденная силой поверхностного натяжения.

Мениск — искривление поверхности жидкости у края сосуда или вокруг твердого объекта. Возникает из-за поверхностного натяжения: молекулы воды «цепляются» за стенки, создавая видимый изгиб. В узких трубках (капиллярах) мениск может поднимать или опускать жидкость.

А что, если создать множество таких менисков на большой площади? Если они сложатся в единый рельеф — склоны, впадины, даже целые водяные ландшафты? Именно это удалось ученым из Университета Льежа (Бельгия) и их коллегам из Университета Брауна (США).

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Команда лаборатории GRASP, используя 3D-печать, создала «игровые площадки» — поверхности, усеянные микроскопическими шипами. Каждый шип формирует вокруг себя мениск, но если расположить их близко друг к другу, отдельные изгибы сливаются в единый рельеф.

Мы можем программировать форму поверхности, меняя высоту или расстояние между шипами, — объясняет физик Меган Деленс. — Получаются наклонные плоскости, полусферы и даже сложные фигуры вроде миниатюрного Атомиума.

Но главное — этот метод позволяет управлять движением частиц. Если поверхность воды имеет уклон, легкие объекты (пузырьки, капли) всплывают, а тяжелые (микропластик) скатываются вниз, как с горки. Это открывает возможности для:

• Сортировки микрочастиц без внешних воздействий.
• Очистки водоемов от микропластика и нефтяных пятен.

Следующий шаг — сделать шипы подвижными, например, реагирующими на магнитное поле. Тогда рельеф воды можно будет менять в реальном времени, открывая путь к новым технологиям в микрофлюидике.

Исследование может быть полезным

Микрофлюидика и медицина

Метод может стать основой для лабораторий-на-чипе: частицы клеток или лекарств будут автоматически сортироваться по весу, упрощая диагностику.

Экология

Плавающие мембраны с программируемым рельефом смогут собирать микропластик в океане без насосов и фильтров — только за счет течения и гравитации.

Материаловедение

Контроль над поверхностным натяжением позволит создавать пены и эмульсии с заданной структурой для косметики или строительных материалов.

Однако пока метод работает только в лабораторных условиях:

• Требует идеально ровных шипов, которые сложно масштабировать.
• Не учитывает турбулентность — в реальных водоемах волны разрушат искусственный рельеф.
• Эффективность для частиц разного размера (например, смеси песка и пластика) не доказана.

Ранее ученые с помощью утразвука смогли закручивать капли жидкости.