Tech

กล้องความเร็วสูงจับภาพว่าสายน้ำพุ่งทะลุหยดน้ำได้อย่างไร

ในการศึกษาใหม่โดย MIT และมหาวิทยาลัย Twente ในเนเธอร์แลนด์ นักวิทยาศาสตร์ได้ยิงไอพ่นน้ำขนาดเล็กผ่านละอองน้ำ พวกเขาทำเช่นนั้นเพื่อดูการตกกระทบเมื่อกระแสน้ำพุ่งทะลุผ่านละอองน้ำ การใช้กล้องความเร็วสูง นักวิทยาศาสตร์สามารถจับภาพการกระเซ็นของคลื่นน้ำขณะที่มันเจาะละออง

เนื่องจากหยดในการทดลองมีความโปร่งใส นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถติดตามสิ่งที่เกิดขึ้นภายในหยดได้ด้วย เครื่องบินไอพ่นถูกยิงผ่าน

การทดลองนี้ทำให้นึกถึงภาพถ่ายที่มีชื่อเสียงของแสงแฟลชที่เจาะแอปเปิ้ลซึ่งบุกเบิกโดย MIT แฮโรลด์ “ด็อก” เอ็ดเกอร์ตัน ในการศึกษานั้น Edgerton ได้จับภาพต่อเนื่องของกระสุนที่ถูกยิงผ่านแอปเปิ้ลในรายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อน วิดีโอใหม่ของทีมงาน MIT เกี่ยวกับการฉีดน้ำที่ยิงผ่านหยดน้ำเผยให้เห็นไดนามิกการกระแทกที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจ

ผลการทดลองทำให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนาแบบจำลองเพื่อทำนายว่าคลื่นของไหลจะส่งผลกระทบต่อหยดของ ความหนืดและความยืดหยุ่นจำเพาะ ยิ่งไปกว่านั้น ยังช่วยให้ระบุวิธีการฉีดของเหลว เช่น วัคซีนผ่านผิวหนังโดยไม่ต้องใช้เข็ม .

David Fernandez Rivas ผู้ร่วมวิจัยของ MIT และศาสตราจารย์ที่ University of Twente กล่าวว่า “ เรา ต้องการศึกษาวิธีการฉีดโดยไม่ใช้เข็มฉีดยาในลักษณะที่ลดความเสียหายต่อผิวหนัง ด้วยการทดลองเหล่านี้ เราได้รับความรู้ทั้งหมดนี้เพื่อแจ้งว่าเราสามารถสร้างไอพ่นด้วยความเร็วและรูปร่างที่เหมาะสมเพื่อฉีดเข้าสู่ผิวหนังได้อย่างไร”

คุณสมบัติของน้ำเป็นที่รู้จักกันดีและสามารถสอบเทียบได้อย่างรอบคอบ ดังนั้น จึงตัดสินใจศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับสถานการณ์การฉีดที่ง่ายกว่า: การฉีดน้ำพุ่งใส่หยดน้ำที่แขวนลอย

สำหรับการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งค่าระบบไมโครฟลูอิดิกที่ใช้เลเซอร์ พวกเขายิงฉีดน้ำบาง ๆ ไปที่หยดน้ำหรือจี้ที่ห้อยลงมาจากกระบอกฉีดยาแนวตั้ง

พวกเขาเปลี่ยนความหนืดของจี้แต่ละอันโดยการเติมสารเติมแต่งบางอย่างเพื่อให้บางเหมือนน้ำหรือ หนาเหมือนน้ำผึ้ง จากนั้นพวกเขาก็บันทึกการทดลองแต่ละครั้งด้วยกล้องความเร็วสูง

นักวิทยาศาสตร์ยังได้วัดความเร็วและขนาดของไอพ่นของเหลวที่เจาะและบางครั้งก็เจาะทะลุผ่านจี้โดยตรง การตรวจสอบเผยให้เห็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ เช่น กรณีที่เครื่องบินเจ็ตถูกลากกลับเข้าไปในจี้เนื่องจากความหนืดของจี้ ขณะที่เจ็ตเจาะจี้จี้ มันก็สร้างฟองอากาศเช่นกัน

ริวาสกล่าวว่า “การทำความเข้าใจปรากฏการณ์เหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญเพราะถ้าเราจะฉีด เข้าสู่ผิวด้วยวิธีนี้ เราต้องการหลีกเลี่ยง พูดคือ นำฟองอากาศเข้าสู่ร่างกาย”

วิดีโอเผยให้เห็นเครื่องบินเจ็ต รูปร่างเมื่อเจาะผ่านจี้. นักวิทยาศาสตร์พบว่ารูปร่างของไอพ่นนั้นซับซ้อนกว่าทรงกระบอกธรรมดา ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงตัดสินใจพัฒนาแบบจำลองอื่นโดยใช้สมการที่ทราบโดยลอร์ดเรย์ลีห์นักฟิสิกส์ สมการ Rayleigh อธิบายว่ารูปร่างของโพรงเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อเคลื่อนผ่านของเหลว

พวกเขาแก้ไขสมการเพื่อใช้กับเจ็ตของเหลวที่เคลื่อนที่ผ่านหยดของเหลว และพบว่าแบบจำลองที่สองนี้ให้การแสดงสิ่งที่สังเกตได้แม่นยำยิ่งขึ้น

เอียน ฮันเตอร์ จาก MIT กล่าวว่า , “วิธีการใหม่ในการสร้างไมโครดรอปเล็ตความเร็วสูงนี้มีความสำคัญต่ออนาคตของการใช้เข็มฉีดยาฟรี ส่งยา. ความเข้าใจว่าไมโครดรอปเล็ตที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเหล่านี้มีปฏิกิริยาอย่างไรกับของเหลวที่อยู่กับที่ซึ่งมีความหนืดต่างกันเป็นขั้นตอนแรกที่จำเป็นต่อการสร้างแบบจำลองปฏิสัมพันธ์ของพวกมันกับเนื้อเยื่อประเภทต่างๆ”

การอ้างอิงวารสาร:

  1. Miguel A. Quetzeri-Santiago และคณะ ผลกระทบของไมโครฟลูอิดิกเจ็ตต่อจี้ห้อย ดอย:

10.1039/D1SM00706H

    ตรังủ

  • ธุรกิจ
  • อาหาร ไลฟ์สไตล์

  • เทค

  • ยุทธศาสตร์การตลาดดิจิทัล (การตลาดดิจิทัล)

Back to top button