Los aerosoles son partículas diminutas que pueden tener un impacto significativo en el clima de la Tierra y la salud humana.
Por ejemplo, estas microgotas pueden reflejar la luz solar entrante hacia el espacio exterior, lo que ayuda a enfriar un planeta que se está calentando. O pueden usarse para administrar medicamentos a los pulmones, especialmente para tratar enfermedades respiratorias.
Por lo tanto, la capacidad de controlar con mayor precisión cómo se mueven los aerosoles es de vital importancia para las ciencias farmacéuticas y la investigación climática. La ciencia de los aerosoles también es un aspecto clave de muchas industrias, desde automóviles hasta procesamiento de alimentos.
Ahora, los científicos han publicado un estudio que describe un dispositivo innovador, un nuevo rociador de aerosol de chorro batidor, que es relativamente económico de construir y operar.
«Hemos creado un chorro de látigo único, de estado estacionario y centrado en gas que no utiliza electricidad», dice el autor principal Sankar Raju Narayanasamy, PhD, investigador del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore e investigador afiliado en Berkeley Lab y SLAC. Laboratorio Nacional de Aceleradores.
«Este desarrollo es una hazaña importante que puede tener una amplia gama de aplicaciones», dice Narayanasamy, quien realizó la investigación como becario de BioXFEL, un consorcio de investigación financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y dirigido por el Instituto de Investigación Médica Hauptman-Woodward de la Universidad de Buffalo ( HWI) e instituciones asociadas.
Martin Trebbin, PhD, profesor asistente de química de SUNY Empire Innovation en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Buffalo, es coautor del estudio.
Él dice que «los aerosoles monodispersos finos con tamaños controlados son útiles en la instrumentación del entorno de la muestra, como en la espectrometría de masas, los láseres de electrones libres de rayos X (XFEL) y la microscopía crioelectrónica, que se utilizan para estudiar biomacromoléculas para fines estructurales». análisis y descubrimiento de fármacos».
Trebbin, quien dice que la investigación es un «logro importante en dinámica de fluidos y microfluídica», es miembro principal de la facultad del Instituto UB RENEW, y tiene una cita en el Centro de Ciencia y Tecnología BioXFEL.
La tecnología se describe en un estudio titulado «A rociadores 2D multi-monodispersos de autosecuenciación sui generis basados en la inestabilidad de un dispositivo de chorro de líquido microfluídico anisotrópico», que se publicó el 11 de enero en la revista Cell Press. Informes celulares Ciencias físicas.
El estudio marca un avance de tercera generación en la tecnología de chorro de líquido. Primero llegaron los chorros de líquido cilíndricos en 1998, y los chorros de lámina líquida plana le siguieron en 2018.
El nuevo chorro batidor es el primero de su tipo porque produce gotas homogéneas en un perfil bidimensional, dice el coautor correspondiente Hoi-Ying N. Holman, PhD, director del programa de imágenes de Biología Estructural Infrarroja Sincrotrón de Berkeley en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. .
En los últimos 20 años, los científicos han probado muchas formas, como la activación piezoeléctrica o el calentamiento local, para controlar con precisión el movimiento de los aerosoles. El uso de esas técnicas, sin embargo, es limitado porque tienden a alterar las muestras que los científicos están usando para estudiar los aerosoles. Esto es especialmente cierto con muestras biológicas.
En el estudio, los investigadores analizan el importante papel que la dinámica analítica de fluidos, una rama de la mecánica de fluidos que utiliza el análisis numérico y las estructuras de datos para analizar y resolver problemas relacionados con los flujos de fluidos, jugó en su trabajo.
Esto incluye explicar el «diámetro del chorro, el régimen de batido y el ángulo de expansión» de los dispositivos, dice Ramakrishna Vasireddi, PhD, coautora y científica investigadora de SOLEIL, la instalación francesa de sincrotrón en París.
Y agrega: «El fenómeno se caracteriza aún más experimentalmente al medir el ángulo con respecto a la tasa de flujo, las distancias entre las gotas, las formas de las gotas y la reproducibilidad de estos parámetros».
En el estudio, el equipo también explica cómo construir tales dispositivos, que son relativamente económicos.
Este trabajo fue apoyado por el Grupo de Excelencia «El Centro de Hamburgo para Imágenes Ultrarrápidas – Estructura, Dinámica y Control de la Materia a Escala Atómica» de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). El trabajo se realizó a través del programa de imágenes de biología estructural infrarroja sincrotrón de Berkeley (BSISB), que cuenta con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. Fue realizado bajo los auspicios del Departamento de Energía de los Estados Unidos por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
