Исследователи из Дармштадтского технического университета выяснили, что мягкие полимерные частицы размером менее микрометра — микрогели — способны стабилизировать чрезвычайно тонкие струи жидкости. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. По мнению авторов, открытие может пригодиться при создании безыгольных систем для медицинских инъекций. Об этом сообщает портал Phys.org.
В ходе экспериментов учёные получали сверхтонкие струи воды с помощью поверхностных акустических волн. Специальный чип генерировал волны частотой около 64 МГц, создавая струю диаметром примерно 200 микрометров. Высокоскоростная камера фиксировала формирование и растяжение струи.
Выяснилось, что решающим фактором является жёсткость частиц. Микрогели размером около 700 нанометров способны влиять на стабильность струи, протяжённость которой превышает сантиметр. Чем мягче частицы, тем дольше струя остаётся устойчивой. Более жёсткие частицы легче отделяются друг от друга, что приводит к распаду струи.
Компьютерное моделирование показало: на границе раздела воздуха и воды мягкие микрогели растягиваются и деформируются, оставаясь соединёнными между собой и поддерживая низкое поверхностное натяжение. Исследователи видят потенциал в безыгольной доставке лекарств — когда препарат вводится через кожу тонкой быстрой струёй без традиционной иглы. Это могло бы снизить количество инвазивных инъекций и медицинских отходов от одноразовых игл.
Результаты также значимы для струйной печати. Авторы отмечают, что связь между поведением отдельных микрогелей на границе раздела и стабильностью значительно более крупной струи изучена впервые. Наблюдение за процессом требует специального оборудования, поскольку событие происходит быстрее, чем способен воспринять человеческий глаз, — нужна камера с разрешением менее миллисекунды.