Группа исследователей из Индии создала модель, объясняющую, как жидкость диффундирует через бумагу, которая находит применение в медицинских тестах и производстве парфюмерии
Молекулы движутся беспорядочно, сталкиваясь друг с другом в непрерывном движении. Вы можете даже чувствовать запах этого процесса время от времени; это то, как духи распространяются по комнате, когда воздух неподвижен. Этот процесс называется диффузией, и теория диффузии может быть применена и к распространению жидкости через бумагу - процесс, происходящий в ряде повседневных продуктов, от чернильных ручек до бумажных пластырей для образцов для медицинских тестов.
Теперь группа исследователей из Индии разработала модель, которая углубляет их концептуальное понимание того, как жидкости распространяются через бумагу.
Диффузия - хорошо известный процесс. Но разработка группой теории диффузии в контексте взаимодействия бумаги и жидкости, которые создают извилистые сети волокон для динамики транспорта, является новой и раскрывает новые теоретические детали. В своем эксперименте исследователи наблюдали растекание чернил по фильтровальной бумаге с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Команда нанесла на карту динамику распространения жидкости от одного капилляра волокна до более крупной сети волокон. Затем они рассчитали полученные транспортные характеристики, и результаты подтвердили обобщенную единую перспективу диффузии в процессе движения жидкости через бумажную матрицу. Сканирующие микрографические изображения показывают распределение бумажных волокон, а также измерение скорости изображения микрочастиц случайного движения жидкости по сети.
«Наше исследование показывает, что, несмотря на такое разнообразное использование бумаги, взаимодействующей с жидкостями, существует фундаментальная уникальность распространения жидкости через бумагу, что ведет к общей и единой теории об этом», - сказал Чакраборти.
Теория утверждает, что молекулы жидкости движутся по сети волокон бумаги, следуя принципам универсальной диффузионной динамики. «Бумага состоит из сети волокон, распределенных случайным образом», - сказал Чакраборти. «Как следствие, происходит хаотическое движение жидкости во всех возможных направлениях. Мы знаем, что молекулы движутся хаотично и сталкиваются друг с другом, и это является предпосылкой диффузии».
Несмотря на широкое использование бумажных технологий, пропитанных жидкостью, существуют пробелы в понимании фундаментальной науки, лежащей в основе их поведения. Чакраборти и его ученики Каустав Чаудхури и Шантимой Кар помогают восполнить этот пробел.
Понимая распространение жидкости в парадигме диффузии, ученые могут более точно контролировать ее, чтобы создавать и совершенствовать новые продукты, которые предполагают распространение жидкости через бумагу. Например, современные рынки подтвердили важное потенциальное свойство бумаги: выступать в качестве основного строительного блока набора для быстрой диагностики в парадигме сверхнизкой стоимости.
Примеры этого приложения включают тест-полоски на беременность; тесты косметического и детского мыла на щелочность или кислотность с помощью бумажной полоски; бумажные полоски для проверки качества воды; и медицинская диагностика с помощью бумажных полосок мочи, слюны и крови. Авторская диффузионная модель растекания жидкости по бумаге также может улучшить бумагу и чернила, используемые для письма, рисования и живописи.
Далее исследователи планируют разработать интеллектуальные и компактные технологии для диагностических целей, совершенствуя существующие бумажные платформы.
Ключевые цели заключаются в получении быстрых результатов за счет низких затрат. С этой целью в статье показана многообещающая перспектива стать инструментом для достижения обеих целей. Настоящая работа, как мы полагаем, проложить путь к проектированию и разработке бумажных технологий для обслуживания широкой публики», - сказал Чакраборти.