Сегодня автоматизированные исследования проводятся с помощью микрожидкостных чипов размером примерно с почтовую марку. Эти крошечные устройства состоят из миллионов микроскопических частиц, которые захвачены каплями воды, и каждая капля служит пробиркой для одного эксперимента. Капли проходят через небольшой канал, где лазер исследует каждую пролетящую каплю, чтобы каждую секунду записывать тысячи экспериментальных результатов. Проблема, однако, в том, что капли, движущиеся к узкому концу воронки, могут засориться и столкнуться, что может испортить эксперименты. «Это проблема дорожного движения, как будто несколько полос машин пытаются проехать через пункт взимания платы за взимание платы», — сказала Синди Танг, доцент кафедры машиностроения в Стэнфордской инженерной школе. Но ее лаборатория недавно продемонстрировала, как можно сделать эксперименты в области микрофлюидики гораздо более эффективными. Это было продемонстрировано путем размещения крошечных дорожных кругов возле нижней части воронки, которые аккуратно размещают капли так, чтобы они могли перемещаться по системе с гораздо меньшими столкновениями. В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, с подробным описанием результатов, она и ее команда под руководством бывшей студентки Стэнфордского инженерного факультета Элисон Бик обнаружили, что капельные трещины в системе кругового движения встречаются в тысячу раз реже. Исследователи обнаружили, что точное расположение круговых развязок или кольцевых развязок было решающим фактором: развязки, расположенные слишком далеко от выхода из воронки, не влияют на развязку, но развязки, расположенные рядом с выходом, в конечном итоге вызывают больше столкновений и поломок. «При размещении кольцевых развязок существует оптимальная точка, которая сводит к минимуму уменьшение распада потока капель», — сказал Тан. Использование правильно размещенных круговых перекрестков может привести к увеличению эффективности эксперимента на 300 процентов.
Эта технология может привести к более быстрому обнаружению наркотиков, а также получить множество других преимуществ. Например, 3D-принтеры работают аналогичным образом: они пропускают капли пластика или какой-либо другой эмульсии через тонкое сопло на высокой скорости, чтобы постепенно создавать структуры слой за слоем. Таким образом, эта технология может оказаться революционной в 3D-печати. Это открытие привело к приложениям, которые выходят за рамки исследований и охватывают другие системы, включающие взаимодействия между многими телами одинакового размера, от группы биологических клеток до самых разных людей. Эту работу также поддержал Национальный научный фонд.
