Определен механизм появления капель на конце микроструй

Ученые обнаружили причину образования "бусинок" на конце струй некоторых жидкостей с длинными молекулами. Результаты этого исследования, опубликованного в "Nature Physics", помогут в производстве полимерных изделий и создании индивидуальных дозировочных устройств для лекарств.

На конце тонкой струйки некоторых жидкостей образуются капли-бусины. Это малозначительное, на первый взгляд, явление создает серьезные препятствия для развития многих технологий, например струйной печати. Ученые определили механизм появления "бусин" и создали компьютерную модель, имитирующую это явление. "Вязкоупругие" жидкости, такие как крем для бритья, шампунь или слюна содержат длинные цепи молекул, которые называются полимерами. Но не все полимеры обладают этим свойством, что долгое время ставило ученых в тупик.

Материал, содержащийся в увлажняющей полоске одноразового бритвенного станка, и слюна служат примерами вязкоупругих жидкостей. При этой слюна образует "бусинки", а увлажняющий материал - нет.

Ключевыми факторами появления "бусин" оказались: инерция жидкости; время, которое требуется, чтобы растянутая молекула полимера окончательно "провисла" или вернулась в сжатое состояние, а также капиллярные свойства материала – время, которое жидкость держится на нити молекул и не обрывается.

Процесс образования "бисера" наблюдается, когда инерция достаточно большая, а время "провисания" наоборот, меньше. Формирование "бусины" зависит от соотношения вязкости, инерции и времени "провисания" по сравнению с капиллярным временем.

Сложная компьютерная модель образования "бусин" в полимерах позволит, например, улучшить технологии печати, электропрядения (используется для производства нановолокон), покраски.

Новая технология найдет применение и в медицине: иногда доза препаратов зависит от анализа крови (например при сахарном диабете). В домашних условиях отмерить дозу в микрограммы лекарства невозможно, но если будет возможность выпускать лекарство тонкой микроскопической струей, проблема может быть решена применением простого инъектора, похожего на струйный принтер.