Het is een weinig bekend feit dat kleine deeltjes zoals bloedcellen zijwaarts drijven wanneer ze langs een ruw oppervlak bewegen, maar deze eigenaardigheid heeft veel aandacht getrokken van onderzoekers die industriële problemen oplossen.

Waarom? Want als ingenieurs de regels achter deze kleine beweging kunnen ontsluiten, kunnen industrieën ze gebruiken om biologische monsters te isoleren, ziekten op te sporen en te diagnosticeren, of synthetische deeltjes te sorteren.

Nu zijn Danielle Chase, een vijfdejaars student aan Princeton Engineering, en Christina Kurzthaler co-eerste auteurs van een paper in de Proceedings of the National Academy of Sciences dat biedt het eerste algemene model dat de interactie beschrijft van oppervlakken met patronen en sedimenterende deeltjes.

Chase, geadviseerd door professor Howard Stone, werkte nauw samen met Kurzthaler, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Stone en nu een onderzoeksgroepleider bij het Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems. Samen hebben ze de 'regels' van het systeem vastgelegd, zodat onderzoekers kunnen voorspellen hoe hun ontwerpen zullen werken in plaats van met vallen en opstaan.

"Het was bevredigend om eindelijk het mechanisme te begrijpen dat de spiraalvormige banen en de algehele drift veroorzaakt en om een ​​hydrodynamisch model te hebben dat onze experimentele waarnemingen beschreef, zodat we konden voorspellen wat er zou gebeuren als, laten we zeggen, iemand twee objecten van verschillende grootte zou proberen te scheiden," zei Chase.

Naast de prestatie zelf, zei Chase dat ze genoot van het gevoel van ontdekking en samenwerking met een open einde. Chase ontwierp en bouwde de fysieke experimenten, terwijl Kurzthaler het theoretische model ontwikkelde dat het gedrag beschrijft.

Chase zei dat Stone, de Donald R. Dixon '69 en Elizabeth W. Dixon Professor in Mechanical and Aerospace Engineering, nooit de exacte richting van het onderzoek dicteerde, maar alle aspecten van het project zeer steunde.

In plaats daarvan kwamen de vragen die Chase en Kurzthaler nastreefden voort uit hun gedeelde nieuwsgierigheid naar wat ze waarnamen, inclusief de verrassende spiraalvormige beweging van de deeltjes. "Onze observaties leidden tot meer vragen," zei Chase. "Dat hielp ons interessantere aspecten van het systeem te vinden, zoals hoe de vorm van de patronen de beweging van de deeltjes beïnvloedt."

Terwijl eerdere onderzoekers experimentele opstellingen gebruikten om deeltjes te observeren die door dunne kanalen stromen, verwijderden Chase en Kurzthaler de muren, behalve één patroonoppervlak. Hierdoor konden ze de variabelen beperken en zich alleen concentreren op het deeltje en het oppervlak.

"Ik denk dat wat we uiteindelijk hebben geleerd er echt van heeft geprofiteerd dat we allebei een verschillende benadering van het probleem hebben", zei Chase. "Het hebben van een theorie helpt om goede experimenten te ontwerpen en het hebben van metingen helpt om de theorie te bevestigen."

Nu ze bijna haar doctoraatswerk afrondt, is Chase verheugd om haar onderzoek naar vloeistofdynamica voort te zetten. 'Hoe meer je leert, hoe meer vragen je vindt,' merkte ze op. + Verder verkennen

Onderzoekers vinden de beste manier voor bacteriën om door doolhofachtige omgevingen te navigeren