Een onderzoeksteam onder leiding van Hyoungsoo Kim, hoogleraar Werktuigbouwkunde aan de KAIST, slaagde in het kwantificeren van het fenomeen genaamd, het Marangoni-effect, die optreedt op het grensvlak tussen alcohol en water. Verwacht wordt dat deze bevinding een waardevolle hulpbron zal zijn die wordt gebruikt voor het effectief verwijderen van onzuiverheden uit een oppervlaktevloeistof zonder enige verontreiniging, en het ontwikkelen van materialen die oppervlakteactieve stoffen kunnen vervangen.

Dit onderzoek, in samenwerking met een onderzoeksteam onder leiding van professor Howard A. Stone aan de Princeton University, werd online gepubliceerd in Natuurfysica op 31 juli.

Het Marangoni-effect, ook bekend als tranen van wijn, ontstaat wanneer twee vloeistoffen met een verschillende oppervlaktespanning elkaar ontmoeten, eindige vermenging veroorzaken, spreidingstijd en lengteschaal. Typisch, mensen geloven dat oneindig mengbare vloeistoffen zich onmiddellijk met elkaar vermengen; echter, het is niet altijd waar volgens dit artikel.

De typische oppervlaktespanning van alcohol is drie keer lager dan die van water, en deze verschillende oppervlaktespanning genereert de door Marangoni aangedreven convectiestroom op het grensvlak van de twee vloeistoffen. In aanvulling, er is een bepaalde hoeveelheid tijd nodig om ze te mengen.

Dit fenomeen is vele malen besproken sinds het werd ontdekt in het begin van de 20e eeuw, toch was er een grens aan het kwantificeren en verklaren ervan.

Professor Kim, rekening houdend met het meng- en verspreidingsmechanisme, gebruikte verschillende technieken en apparatuur voor het visualiseren van stromingen voor het vastleggen van hogesnelheidsbeelden in zijn experiment.

Door de stroomvisualisatiemethoden, het team slaagde erin het complex te kwantificeren en uit te leggen, fysisch-chemisch fenomeen gegenereerd tussen water en alcohol. Bovendien, ze ontwikkelden een theoretisch model om de fysisch-chemische hydrodynamische verschijnselen te voorspellen.

Het theoretische model kan de snelheid van de door Marangoni aangedreven convectiestroom voorspellen, het gebied van een druppel alcohol en de tijd die nodig is om het stromingsveld te ontwikkelen. Vandaar, dit model kan materiaalsoorten in kaart brengen (bijv. alcohol) en het volume van een druppel vloeistof zoals van toepassing op een specifieke situatie.

Bovendien, het onderzoeksteam is van mening dat de grensvlakstroom het aandrijven van bulkstromen mogelijk maakt en dat het een bron van technologie kan zijn voor het effectief afleveren van medicijnen en het verwijderen van onzuiverheden van een stofoppervlak zonder secundaire verontreiniging te veroorzaken.

Bovenal, de resultaten laten een mogelijkheid zien om oppervlakteactieve stof te vervangen door alcohol als materiaal dat wordt gebruikt voor het afleveren van medicijnen. In het geval van de levering van medicijnen, sommige geneesmiddelen zijn ingekapseld met een oppervlakteactieve stof om effectief in vivo te worden getransporteerd; echter, de oppervlakteactieve stof hoopt zich op in het lichaam, die verschillende bijwerkingen kunnen veroorzaken, zoals hartaandoeningen. Daarom, het gebruik van nieuwe materialen zoals alcohol voor medicijnafgifte zal bijdragen aan het voorkomen van de bijwerkingen veroorzaakt door de oppervlakteactieve stof.

"De oppervlakteactieve stof wordt gebruikt voor het afleveren van medicijnen, maar het is moeilijk om uit het lichaam te worden verdreven. Dit zal verschillende bijwerkingen veroorzaken, zoals hartaandoeningen bij astmapatiënten, " zei professor Kim. "Ik hoop dat het gebruik van nieuwe materialen, zoals alcohol, zal mensen van deze bijwerkingen bevrijden."