Kov, ktorý vedie kvapalinu do kopca

|

V prírode pumpujú stromy prebytočnú vodu zo svojich koreňov do listov pomocou činnosti kapilár. Vedci z Rochesterskej univerzity objavili kov, ktorý dokáže dvíhať vodu podobným princípom, ale takým rýchlym, že by príroda mohla závidieť.

Kov môže byť neoceniteľným pomocníkom pri pumpovaní mikroskopických množstiev kvapaliny okolo lekárskeho diagnostického čipu, chladení procesorov počítača alebo premene jednoduchých kovov na antibakteriálny povrch.

„Dokážeme zmeniť štruktúru povrchu takmer každého kovu, takže dokážeme riadiť odozvu kvapaliny,“ povedal Chunlei Guo, docent optiky na Rochesterskej univerzite. „Dokážeme tiež riadiť smer, v ktorom tečie kvapalina, alebo či vôbec niekam prúdi.“

Guo a jeho asistent Anatolij Vorobjev použili ultra-rýchly laserový lúč a zmenili povrch kovu, vytvorili na ňom nanoskopické a mikroskopické jamky, kvapky a vlákna. Femtosekundový laser vytvára pulzy trvajúce len niekoľko biliardín sekundy – femtosekunda k sekunde je ako sekunda k približne 32 miliónom rokov. Počas tohto záblesku laser uvoľní toľko energie ako má celá elektrická sieť Severnej Ameriky a všetku ju nasmeruje na bod veľký ako hrot špendlíka.

Proces vsakovania, ktorý zabezpečuje pohyb proti gravitácii rýchlosťou centimeter za sekundu, je veľmi podobný procesu vsakovanie rozliateho mlieka do servítky. Podľa Gua spôsobuje pohyb proti gravitácii kombinácia vyparovania a príťažlivosti molekúl.

Nanoštruktúry menia spôsob interakcie molekúl kvapaliny s molekulami kovového povrchu, čo znižuje mieru príťažlivosti. V určitom momente je sila pôsobiaca medzi molekulou povrchu a molekulou kvapaliny väčšia ako sila držiaca molekuly kvapaliny pohromade, čo spôsobí rýchle rozloženie kvapaliny po povrchu materiálu. To vytvára s prispením vyparovania rýchly efekt vsakovania.

Guo neskôr pridal do povrchu materiálu kanáliky, pomocou ktorých dokáže riadiť smer kvapaliny.

„Predstavte si, že máte rozsiahly systém vodných kanálov zmenšený na malom čipe, akoby elektrický obvod vytlačený na mikroprocesore, takže dokážete vykonávať chemické a biologické procesy s malým množstvom kvapaliny,“ povedal Guo. „Krv môže tiecť presne vyznačenou cestou k senzoru na diagnostiku choroby. S takýmto systémom nebude sestrička musieť odobrať kvôli jedinému testu celú striekačku krvi. malý škrabanec na koži poskytne dostatočné množstvo molekúl na mikroanalýzu.“

Guov tím tiež vytvoril materiál, ktorý znižuje príťažlivosť medzi molekulami vody a molekulami kovu – jav nazývaný hydrofóbia. Pretože mikróby väčšinou pozostávajú z vody, je pre ne rast na takomto povrchu úplne nemožný. Dnes stačí na zmenu povrchu mince asi 30 minút, vedci už pracujú na zlepšení techniky, ktorá by zabezpečila ešte rýchlejšiu zmenu. Hoci femtosekundový laser produkuje množstvo energie, možno ho napájať aj z elektrickej siete, čo znamená, že po nutných úpravách bude proces relatívne jednoduchý.

originál článku