研究人員發(fā)現(xiàn),將高分子水凝膠材料涂在玻璃微管內(nèi)部,可明顯改變毛細(xì)管吸附水進(jìn)入微結(jié)構(gòu)的方式。這一發(fā)現(xiàn)可能為控制微流系統(tǒng)提供一種新的方法,包括流行的芯片實(shí)驗室(lab-on-a-chip)裝置。
毛細(xì)作用將水和其他液體吸進(jìn)狹窄的空間,如管、吸管、燈芯以及紙巾,其流速可通過簡單的動力學(xué)分析進(jìn)行預(yù)測。但佐治亞理工學(xué)院的研究人員一次偶然的觀察發(fā)現(xiàn)在水凝膠膜線性管吸附水基液體的情況下,這種預(yù)測需要重新計算。
“水基液體并不按照傳統(tǒng)設(shè)想的方式移動,而是滑到管的另一個位置,卡住,然后繼續(xù)滑動——這個過程不斷重復(fù)?!弊糁蝸喞砉W(xué)院George W. Woodruff機(jī)械工程學(xué)院的Andrei Fedorov教授如此解釋,“液體并不是以隨時間推移不斷減小的滲透速率填充滿這個管,而是以一個幾乎恒定的速率進(jìn)入水凝膠涂層毛細(xì)管。這與我們設(shè)想的結(jié)果相去甚遠(yuǎn)?!?/P>
該結(jié)果由佐治亞理工學(xué)院仿生中心所發(fā)現(xiàn),受到美國空軍科學(xué)研究辦公室(Air Force Office of Scientific Research,AFOSR)的資助,相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《軟物質(zhì)》(Soft Matter)期刊上。
一旦玻璃微管的開口暴露于水滴之下,液體就會開始流入管中,受到液體表面張力和液體與管壁之間附著力共同作用的拉力。形成一種彎液面,即水柱邊緣的水呈現(xiàn)彎曲表面。通過毛細(xì)管作用,普通的硅化硼玻璃管以逐漸降低的速度被填充滿,速度隨時間的平方根逐漸降低。
然而,當(dāng)管內(nèi)部涂有一層很薄的聚N異丙基丙烯酰胺(“智能”高分子,PNIPAM)時,所有的一切都發(fā)生了改變。水進(jìn)入內(nèi)部涂有干燥水凝膠薄膜的管時,首先必須潤濕薄膜,并使其膨脹,才可以繼續(xù)深入到管中。潤濕和膨脹不是同時發(fā)生。