(Phys.org) —Onderzoekers van de Swinburne University of Technology hebben een revolutionaire methode onthuld om vloeistof op nanoschaalniveau te verpompen die mogelijk kan worden gebruikt voor het ontzilten van water en lab-on-a-chip-apparaten.

Ze hebben een eenvoudige, zeer nauwkeurig model om vloeistofbewegingen voor zeer beperkte vloeistoffen te voorspellen en deze kennis vervolgens te gebruiken om de stroming te stimuleren zonder mechanisch pompen of het gebruik van elektroden.

"Conventionele vloeistofdynamica-modellering werkt perfect met dingen die we kunnen zien, zoals de luchtstroom over een vliegtuig, "Swinburne's professor Billy Todd zei.

"Maar wanneer apparaten nanometers of 1 miljardste van een meter bereiken - ongeveer een tienduizendste van de diameter van een mensenhaar - gaan de fundamentele veronderstellingen van de vloeistofmechanica stuk. Het is moeilijk om vloeistof te dwingen te stromen in beperkte afmetingen die slechts een paar atomen dik."

Professor Todd is voorzitter van de afdeling Wiskunde van de Faculteit Wetenschappen Engineering en Technologie in Swinburne. Samen met collega's van Swinburne, RMIT en Roskilde University in Denemarken, hij heeft ideeën uit de wiskunde en natuurkunde toegepast, en gebruikten supercomputers om te kijken naar wat er gebeurt op het grensvlak tussen het vaste oppervlak en de vloeistof op nanometer-afmetingen.

"Een aantal jaar geleden, onderzoekers in Frankrijk en Duitsland ontwikkelden een theorie dat een roterend elektrisch veld watermoleculen zou kunnen laten draaien en dat deze spinbeweging zou kunnen worden omgezet in lineaire stromende vloeistofbeweging, ' zei professor Todd.

"Als de symmetrie van de begrenzingsmuren kon worden verbroken, zodat één muur hydrofiel was en water aantrok, terwijl de andere hydrofoob en waterafstotend was, toen werd wiskundig aangetoond dat water maar in één richting kon stromen, namelijk langs het kanaal."

Het team van professor Todd heeft die theorie verder ontwikkeld en de eerste computersimulaties van moleculaire dynamica uitgevoerd om dit effect aan te tonen. het nabootsen van nano-opgesloten water onder toepassing van een roterend microgolfveld.

Wat ze ontdekten was dat het gebruik van circulair gepolariseerde microgolven een substantiële stroom op nanoschaal zou kunnen stimuleren zonder het water significant te verwarmen.

"De stroom kan worden volgehouden wanneer de vloeistof uit evenwicht wordt gedreven door een extern uniform roterend elektrisch veld en wordt opgesloten tussen twee vlakke oppervlakken met verschillende graden van hydrofobiciteit, waardoor een geheel nieuwe manier wordt geopend om de vloeistofstroom te pompen en te regelen, beperkt tot nano- of micrometerschaaldimensies, ' zei professor Todd.

Hij zei dat deze ontdekking potentiële toepassingen heeft voor het ontzilten van water en voor biotech diagnostische hulpmiddelen zoals lab-on-a-chip-apparaten.

Dit onderzoek is onlangs gepubliceerd in Langmuir . Professor Todd is nu op zoek naar een experimentele partner om dit model in een laboratorium te verifiëren.